XENONnT装置缩小轻质量暗物质搜索范围

7月27日消息，物理学家利用位于意大利格兰萨索地下实验室的XENONnT装置，对轻质量暗物质粒子的搜索范围作出进一步限制。相关研究成果已发表于《物理评论快报》。

研究人员表示，他们首次仅使用探测器离子通道观测数据，寻找可能由轻暗物质粒子产生的极微弱信号。结果显示，实验未探测到质量介于3至8吉电子伏特(GeV)之间粒子可能产生的信号，并完全排除了质量为5 GeV的粒子产生此类信号的可能性。

XENONnT是目前世界上规模较大的暗物质探测装置之一，部署在地表以下约1.4公里处。该装置由装有约8吨超纯氙的容器构成，原理是通过监测氙与潜在暗物质粒子相互作用时可能产生的微弱信号，寻找暗物质存在的线索。

该装置最初主要面向弱相互作用重粒子(WIMP)等重暗物质候选体开展探测。此前，其前身XENON1T曾报告过可能与较轻暗物质有关的迹象，尽管后续测量推翻了这一结果，但相关发现推动了科学界继续关注低质量暗物质候选体。

在此前研究中，XENONnT团队已利用实验数据搜索质量在6至12 GeV之间的相对较轻暗物质粒子，并克服了“中微子雾”对探测造成的干扰，显示暗物质不太可能隐藏在该质量区间。

此次新研究则把搜索进一步扩展到3至8 GeV范围。研究人员依据暗物质与氙原子相互作用可能引发原子电离、而非仅产生闪光的特征，提高了测量灵敏度。研究还对质量约0.1千电子伏特(keV)的轴子和暗光子等暗物质候选体给出了更严格限制。研究人员认为，这一结果将有助于后续暗物质实验把重点转向其他尚未充分探索的质量范围。