ZEPLIN-III探测器

一组天体粒子物理学家正在位于英国约克郡地下超过半英里（约合804米）的实验室搜寻暗物质。暗物质非常神秘，一直就是最大的宇宙谜团之一，即使参加这项实验的科学家也不确定暗物质是否真实存在或者最终能否发现这种物质。2011年3月，实验结果将浮出水面，如果如愿以偿地发现暗物质，这一发现将彻底改变科学界的面貌。

ZEPLIN-III探测器揭秘ZEPLIN-III

英国地下800米暗物质搜寻实验室，这个地下实验室并不起眼，长300英尺(约合91米)，墙壁采用紫红色防火涂料，看上去有点恐怖。顶部是滑行装置，用于两吨重的起重机运送重型设备，墙边摆着大量测量设备、电脑显示器、表盘、电线和仪表。中央是两个主实验仪器，表面上体现不出它们的重要性。它们将帮助科学家揭开宇宙的一个最大谜团。

其中一个实验仪器主要由一个巨大的盒子构成，体积70立方英尺(约合2立方米)，外面包裹着难看的透明聚丙烯塑料布，看起来似乎是最近才运到实验室的，上没来得及拆封。另一个实验设备也是一个立方体，现已被大卸八块，来自加利福尼亚州的一名教授正对其进行维修。这个设备由一系列框架构成，好似一个鸡蛋切片机，它的电线很细，细到让人不敢近距离观察，唯恐一不小心摔倒，压坏这个造价数千英镑的设备。

这两个实验仪器一个是暗物质探测器，被称之为“ZEPLIN-III”，另一个是暗物质望远镜，被称之为“DRIFT-II”，它们均在与时间赛跑，寻找在宇宙中占据重要位置的暗物质。寻找在宇宙中占据重要位置的暗物质。科学家认为暗物质在宇宙的比重高达80%以上。

ZEPLIN-III探测器为何探测器被裹上保护性材料

当前有关暗物质的最流行理论是，这种物质由大质量弱相互作用粒子(WIMPs)构成。之所以取这个名字是因为暗物质据信会与正常物质发生反应，但这种情况非常罕见。世界各地的大量实验都围绕这一理论展开，波尔比矿井内进行的实验便是其中最为先进的一个。阿劳霍表示：“这是一项竞争激烈的竞赛，我们是有望获取胜利的主要选手之一。”

如果按照国际标准，这座地下实验室是使用零星资金建造的，虽然事实如此，但阿劳霍和他的国际粒子物理学家小组——来自伦敦、迪高特、爱丁堡、葡萄牙和莫斯科的研究实验室——却操作着世界上最为灵敏的探测设备。在这场寻找暗物质的竞赛中，灵敏度就是一切。

阿劳霍解释说：“在6个月的实验中，我们预计自己的实验只能探测到少量暗物质事件。但在相同的时间内，我们却可以探测到数百万次背景辐射事件，来自于探测设备和实验室墙壁的痕量放射能，来自于能够穿透到这一地下深度的少量宇宙射线。毫无疑问，探测设备的灵敏度越高，所能消除的背景噪音越多，也就越有可能发现暗物质。”

这也就是为什么ZEPLIN-III探测器被包裹上保护性材料。外层的聚丙烯塑料在设计上用于帮助消除中子，周围厚厚的铅壳则用于消除伽马射线。探测器内部的“靶子”由12公斤纯液态氙构成，一旦核心受到粒子轰击便会发生反应。无论什么时候，只要发生反应便会产生闪光(由光子传感器记录)和电荷，后者在悬于液态氙“靶子”上方薄薄的氙气层中测量。通过测量光脉冲与电荷尺寸的比率，波尔比的研究小组能够确定所探测到的“事件”是否是一次罕见而令人极度兴奋的WIMP交互作用，或者只是一次令人沮丧的伽马射线穿过。

ZEPLIN-III探测器优越性

现在，波尔比矿井内的科学家正朝着实现这一梦想的道路前进。ZEPLIN-III探测器的灵敏度是ZEPLIN-II的10倍，ZEPLIN-II的灵敏度大约也是Mark I的10倍。借助于这种高灵敏探测设备，科学家距离发现暗物质自然更近一步。在打开探测器并在3月进行最终测量时，实验结果将浮出水面。如果ZEPLIN-III能够记录10次事件并证明这些事件并非背景辐射的结果，研究小组便取得胜利。波尔比实验室资深科学家和设施负责人肖恩·帕林表示：“这里的每一个人都认为，我们已经处在上演重大发现的边缘。虽然没有一个人观测到非背景辐射事件，但我们可能已经进入上演这种发现的时刻。”

在波尔比的实验中，没有人愿意猜测成功发现暗物质的几率。由于遭受失败的可能性极高，实验室的空气中弥漫着紧张的气氛。DRIFT-II主要由美国大学资助，研究小组希望这个探测器至少可以安全使用3年。ZEPLIN-III的资金将于3月陷入枯竭，政府部门和赞助者——科学与技术设施理事会需要为之提供更多资金。

ZEPLIN-III项目组操作着世界上最灵敏的探测器，在进行旨在寻找暗物质的实验中，他们自然处于有利位置，成功发现暗物质的几率高于其他研究团队。面对这种极富挑战的实验，我们不得不问如果失败了怎么办？伊夫特对此表示：“如果失败，我们需要制造一台更大的探测器，继续进行这种实验。”