作者:英格丽德·法德利
（同organic）有机 研究人员用于暗物质搜索的RED30探测器图片
橙色部分是铜外壳
圆筒里面是~33 g锗晶体
顶部的正方形是NTD(热传感器)
3块白色的是特氟隆支撑，以保持内部的晶体
铝电极被光刻在两个平面上，形成一个网格，我们可以在图片中看到晶体顶部的网格
信用:雪绒花合作
过去收集的宇宙学观察和测量表明，普通物质，包括恒星、星系、人体和无数其他物体/生物，只占宇宙总质量的20%
理论上，剩余的物质由所谓的暗物质组成，这种物质不吸收、反射或发射光，因此只能通过其周围环境的重力效应间接观察到
虽然这种难以捉摸的物质的确切性质仍然未知，但近几十年来，物理学家已经发现了许多超出标准模型(描述宇宙中一些主要物理力的理论)的粒子，这些粒子可能是很好的暗物质候选粒子
然后，他们试图使用两种主要类型的先进粒子探测器来探测这些粒子:克级半导体探测器(通常由李思公司制造，用于搜索低质量暗物质)和吨级气体探测器(具有更高的能量探测阈值，更适合执行高质量暗物质搜索)
在里昂第一大学、巴黎萨克莱大学和欧洲其他研究所工作的一大群研究人员组成的“雪绒花协作组”最近利用锗探测器首次进行了亚兆电子伏暗物质的研究
虽然该小组无法探测到暗物质，但他们设置了一些限制条件，这些条件可能会为未来的研究提供信息
“雪绒花是一个直接的暗物质搜索实验
因此，我们的主要目标是探测暗物质，为其存在提供无可辩驳的证据，”进行这项研究的研究人员之一昆汀·阿诺告诉《物理》杂志
（同organic）有机
“尽管如此，缺乏探测本身就是一个重要的结果，因为这使我们能够对现有的暗物质粒子模型进行测试和设置约束
" 暗物质粒子至今未被探测到有两个关键原因
首先，这些粒子与普通物质相互作用的可能性非常小，比如常规粒子探测器中的物质
其次，研究人员预计暗物质粒子撞击探测器产生的信号比天然放射性产生的信号低几个数量级
因此，探测这些信号需要很长的探测器暴露时间和使用由纯放射性材料制成的仪器，但这些仪器也要有足够的屏蔽，并在地下深处工作，因为这阻止了它们拾取周围的放射性和宇宙射线
“最终(尽管我们尽了最大努力)，总会有一些残留的背景，我们需要能够辨别出来，”阿诺解释道
“因此，我们开发的探测器技术能够确定我们探测到的信号是由暗物质粒子引发的，还是源自放射性背景
" 阿诺和他的同事第一个使用33
4g锗低温探测器代替硅基粒子探测器
他们专门寻找能与电子相互作用的暗物质粒子
他们使用的探测器是在法国莫代内的实验室地下操作的
“在暗物质粒子相互作用之后，我们探测器中存储的能量预计会非常小( 雪绒花合作所使用的探测器主要由冷却到低温(18 mK或-273，13℃)的锗圆柱形晶体组成，在晶体的每一侧都有铝电极，研究小组在其上施加高压差
晶体内部粒子和原子核/原子之间的碰撞导致电子-空穴对的产生，这感应出小的电荷信号(即
e
电流),因为它们向收集电极漂移
此外，粒子与晶格的碰撞会导致温度小幅升高(即
e
1微开尔文以下)
这种温度变化可以用一种非常灵敏的热传感器来测量，这种热传感器被称为中子嬗变掺杂(NTD)传感器
因为理论上应该由亚兆电子伏暗物质粒子产生的能量沉积非常小(即
e
然而，在电子伏级中，相关的电荷信号太小而无法测量，并且温度的增加太小而无法由NTD传感器测量
“为了解决这个问题，我们的探测器利用了所谓的内加诺夫-特罗菲莫夫-卢克(NTL)效应(在某种程度上类似于焦耳效应) :在低温半导体探测器中，N个电子-空穴对在电压差上的漂移产生了额外的热量，其能量加起来就是最初的沉积，”阿诺说
“这种内加诺夫-特罗菲莫夫-卢克(NTL)效应实质上把一个低温量热计(在δV = 0V下工作)变成了一个电荷放大器
少量的能量沉积最终会导致高(可测量的)温度升高，电压越高，放大增益越高
" 阿诺和他的同事对暗光子的动力学混合设定了新的限制
总的来说，他们收集的发现证明了低温锗探测器在寻找产生电子伏级电子信号的暗物质相互作用中的高度相关性和价值
雪绒花合作现在正在开发一套更强大的探测器，叫做SELENDIS(单电子核反冲辨别)
这些新探测器最重要的特征是一种创新的鉴别技术，该技术将使研究小组能够通过单独测量热信号来区分核反冲和电子反冲，而不需要同时测量两个可观测值(例如
例如，热/电离、电离/闪烁或热/闪烁)，如先前提出的鉴别技术的情况
阿诺说:“目前没有任何现有的探测器技术能够将单电子探测灵敏度和分辨能力结合起来。”
“针对大质量暗物质搜索优化的直接探测实验非常擅长区分信号和背景，但具有相对较高的能量探测阈值
低质量暗物质搜索实验——包括雪绒花——具有前所未有的低能量探测阈值，但无法区分信号和背景
通过SELENDIS，我们的目标是通过开发第一个结合单电子空穴对灵敏度和背景识别能力的探测器来将两者结合起来
"
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