能找到暗物质吗？探测“暗物质”的新标准

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在新研究中，一组研究人员提出了直接探测eV-to-GeV暗物质与电子相互作用的新限制标准，研究人员使用了一种新的原型探测器，该探测器是作为亚电子噪声探测器- ccd实验仪器(SENSEI)项目的一部分所开发。由来自几个机构的研究人员组成，包括费米国家加速器实验室(费米实验室)，劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)，石溪大学，特拉维夫大学和俄勒冈大学。目标是寻找质量在1ev到1gev之间的暗物质，也就是说，质量在质子以下的许多数量级。

这可以通过寻找暗物质与电子的相互作用来实现。然而，进行这样的搜索需要超灵敏探测器，因为当暗物质散射电子时，探测器只产生少量电荷。唤醒使用电荷耦合器件(ccd)，具有超低的读出噪音，所谓的跳频ccd。SENSEI使用的Skipper-CCDs是费米实验室和伯克利实验室合作研发的一部分。在之前的研究中，读出噪声是一个限制因素，因为它限制了CCDs电荷测量的准确性。现在，新传感器的使用使研究人员能够精确测量这种电荷，从而能够在前所未有的水平上寻找暗物质与电子的相互作用。

由研究人员设计的检测概念，图片：Abramoff et al

在研究中，一个120英尺长的洞穴位于费米实验室地面以下350英尺。米诺斯洞穴包含了苏丹米诺斯探测器的一个小版本，用来测量中微子的性质。参与这项研究的费米实验室科学家胡安·埃斯特拉达(Juan Estrada)解释说：我们在费米实验室的地下米诺斯设备上，用一个0.1克的小型跳频ccd样机获取了几组数据，这个原型被封装在一个铜容器中并加以屏蔽。研究人员进行了一系列实验，首先读出了CCD的连续累积曝光量为0.177g/d。虽然没有观察到涉及三个或更多电子的事件。

但发现一个大的单电子和两个电子的背景事件率，将这一发现归因于放大器在跳频ccd读出阶段产生的假事件。SENSEI的合作还测试了第二种策略，即在关闭所有放大器的同时获取五组数据，并将Skipper CCD曝光。随后研究人员通过最好的原型放大器读出数据。在这种情况下，他们观察到的单电子事件率几乎比他们在连续读出实验中观察到的事件率低2个数量级。同样，也没有观察到含有三个或更多电子的事件，每天的暴露量为0.069克。俄勒冈大学(University of Oregon)从事这项研究的教员于天田(Tien-Tien Yu)说：

我们的数据能够为暗物质设定新的约束条件，包括对质量在500kev到5mev之间暗物质散射电子的最佳约束条件。这些数据是用一个原型探测器拍摄。主要目标之一是提高我们对探测器行为的理解，这样我们就可以在未来用改进的传感器收集数据。”使用在研究中收集的数据得出世界领先约束条件，包括暗物质-电子散射(对于500keV和5MeV之间的质量)，以及被电子吸收的暗光子暗物质(对于12.4 eV以下的质量范围)。这些结果可以增强他们对探测器的理解，并最终为使用更先进的传感器收集数据提供信息。

参与这项研究的费米实验室(Fermilab)科学家哈维尔蒂芬伯格(Javier Tiffenberg)说：现在正在采购新的改良过跳频- ccd，将用它建造一个更大的探测器。在测试了新的传感器之后，将在费米实验室和加拿大SNOLAB实验室获取新的数据来寻找暗物质。目前，SENSEI合作正在采购约100克新的skipper - ccd和定制电子产品，用于SNOLAB的实验，该实验将于今年晚些时候安装。根据研究人员的预测，这些传感器将显著优于现有的传感器，具有更好的噪声性能和更低的暗计数率，最终搜索将探测到数量级的新暗物质参数空间

本文选自：今日头条