在四川錦屏山地下2,400米的暗物質(zhì)探測地下實(shí)驗室，中國科學(xué)家正雄心勃勃進(jìn)行一項科研項目：尋找暗物質(zhì)的存在證據。暗物質(zhì)是宇宙中最難以捉摸的物質(zhì)之一，科學(xué)家試圖找到弱相互作用大質(zhì)量粒子（WIMPs）存在的證據，它占據了宇宙總物質(zhì)的80%，但科學(xué)家對其粒子知之甚少。

這個(gè)粒子和天體物理學(xué)氙氣試驗項目（簡(jiǎn)稱(chēng)PandaX）于今年初開(kāi)始收集數據，希望能找到暗物質(zhì)粒子的證據。PandaX項目是在世界上最深之一的實(shí)驗室中進(jìn)行，遠離會(huì )導致錯誤信號的輻射源，它上面的巖石主要是大理石，不存在多少輻射材料。據了解，計劃由上海交通大學(xué)牽頭，上海應用物理研究所、山東大學(xué)、北京大學(xué)、美國密歇根大學(xué)、馬里蘭大學(xué)和雅礱江水電開(kāi)發(fā)公司聯(lián)合參與。

中國團隊的加入，顯然使世界上暗物質(zhì)的研究者受到了很大的鼓舞。據介紹，在此前，世界上最好的地下實(shí)驗室是位于意大利的GRANSASSO地下實(shí)驗室，在那里進(jìn)行的Xenon100實(shí)驗，由意大利、美國、日本等國際團隊共同加入，上海交通大學(xué)也是參加實(shí)驗的單位之一。

通過(guò)液氙探測暗物質(zhì)粒子

根據目前最完善的理論，盡管萬(wàn)有引力和弱核力的存在，但它們只與普通物質(zhì)相互作用。如果弱相互作用大質(zhì)量粒子擊中普通物質(zhì)的原子核，它可能引發(fā)其它粒子發(fā)光。然而粒子的規模決定了這些現象將極其罕見(jiàn)。進(jìn)行這項研究的錦屏地下實(shí)驗室位于2,400米巖石下的一座18公里隧道的中部，這將可避免研究人員搜集到錯誤的數據。

在實(shí)驗室內部，一座裝有液態(tài)氙氣的巨大水箱維持在極低的溫度下。如果一顆弱相互作用大質(zhì)量粒子擊中內部的氙氣原子核，就會(huì )發(fā)射出光子和電子，這兩種粒子都將被研究人員探測到。對比兩種信號可以使研究人員精確查找到水箱內發(fā)生這一現象的位置，在水箱中心的相互作用比邊緣更加可信。

PandaX計劃的負責人、上海交通大學(xué)物理系教授季向東表示，PandaX計劃將通過(guò)液氙在地下探測暗物質(zhì)粒子。按照計劃，設備最遲將在2016年升級到1噸液氙的量級。據悉，運用同樣方法進(jìn)行探測的意大利Xenon100試驗，原本被認為最有希望出成果，卻在2012年宣布沒(méi)能找到暗物質(zhì)，甚至一度懷疑暗物質(zhì)的存在。但該實(shí)驗室去年宣布，將提前把液氙的量級提升到1噸的量級，使實(shí)驗的精度提升100倍。

PandaX首批結果年底公布

上海交通大學(xué)物理系的天體物理學(xué)家王斌教授表示：「這就像用網(wǎng)捕魚(yú)，用一張大網(wǎng)能夠捕捉到更多的粒子，這樣發(fā)現暗物質(zhì)的幾率也許會(huì )更高?！?

若果美國的LUX項目或者意大利的Xenon項目發(fā)現了可靠的可重復結果，那么對于基礎物理學(xué)的意義將是非常重大的，它將解決許多天體物理學(xué)和宇宙哲學(xué)領(lǐng)域的謎題。PandaX項目的第一批結果將在2014年年底公布。