LUX-ZEPLIN实验报告暗物质搜寻异常事件，尚需更多数据验证

9月1日，LUX-ZEPLIN(LZ)暗物质直接探测实验公布一项新分析结果：研究人员在数据中记录到一次单粒子相互作用事件，其特征可被解释为弱相互作用大质量粒子(WIMP)信号，但目前证据尚不足以确认暗物质发现。

LUX-ZEPLIN主探测器在安装到地下之前，位于地面实验室中。(Matthew Kapust/Sanford地下研究设施)

LZ实验由来自39个机构的约250名科学家和工程师参与，探测器位于美国南达科他州桑福德地下研究设施地下近一英里处，由美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室管理。该实验使用10吨超纯液氙作为探测介质，主要用于搜寻理论上的暗物质候选粒子WIMP。

此次结果基于2023年3月至2024年4月期间收集的220个有效工作日数据。研究团队表示，这次分析不再局限于最简单的WIMP相互作用模型，而是扩展到可能在探测器中沉积更多能量的相互作用类型。相关结果已在日本举行的2026年TeV粒子天体物理学会议上报告，论文将发布于arXiv并投稿至《物理评论快报》。

为了寻找暗物质，LZ 使用光电倍增管(图中所示为安装到探测器之前的状态)来捕获粒子相互作用产生的光。(Matthew Kapust/Sanford Underground Research Facility)

研究人员指出，该事件出现在预期暗物质信号可能出现的区域，且对应背景水平很低。不过，目前只有一个候选事件，结果显著性为2.6σ，低于物理学界通常用于确认重大发现的5σ标准。换言之，该事件仍有约0.5%的概率可由已知背景辐射解释。

如果该异常事件确由暗物质引起，对应WIMP质量可能至少为200 GeV/c²，约为质子质量的200多倍，并可能意味着WIMP与普通物质之间存在超出最简单模型的相互作用形式。

LZ 使用一个装满液氙的圆柱形腔室来寻找暗物质。腔室周围环绕着额外的层，用于探测或阻挡背景粒子(左图)。当弱相互作用重粒子(WIMP)与氙原子碰撞时(右图)，会发出闪光和电子。这些闪光在液氙腔室的顶部和底部被探测到。电场会将电子漂移到腔室顶部，在那里它们会产生第二次闪光。(Greg Stewart/SLAC 国家加速器实验室)

LZ探测器通过捕捉粒子在液氙中沉积能量时产生的闪光和电子信号来寻找暗物质。为降低干扰，实验利用地下岩层屏蔽宇宙射线，并通过水箱、外部探测器和计算分析工具排除普通物质相互作用产生的背景信号。美国能源部布鲁克海文国家实验室团队还为探测器关键部件开发并提供了20吨掺钆液体闪烁体，用于帮助识别和排除虚假信号。

LZ合作组表示，后续数据将决定这一异常信号是逐步增强，还是随着统计量增加而消失。该实验目前仍在桑福德地下研究设施继续收集WIMP搜寻数据，以进一步提高暗物质直接探测的统计灵敏度。