卡弗利宇宙物理和数学研究所 XENON1T探测器
可见的是光电倍增管的底部阵列，以及产生电漂移场的铜结构
学分:卡弗利宇宙物理和数学研究所 来自国际氙合作组织的科学家，这是一个国际实验团体，包括东京大学卡弗利宇宙物理和数学研究所(卡弗利IPMU)；东京大学宇宙射线研究所(ICRR)；名古屋大学空间-地球环境研究所(ISEE)；名古屋大学小林-马斯卡瓦粒子和宇宙起源研究所(KMI)；神户大学科学研究生院今天宣布，来自世界上最敏感的暗物质实验XENON1T的数据显示了令人惊讶的过剩事件
科学家们没有声称发现了暗物质
相反，他们观察到了一种意想不到的事件发生率，其根源还没有完全弄清楚
过量的特征类似于微量氚的残留(一个氢原子含有一个质子和两个中子)，但也可能是更令人兴奋的迹象——例如一种被称为太阳轴子的新粒子的存在或中微子先前未知特性的迹象
从2016年到2018年，XENON1T在意大利INFN国家实验室的地下深处运行
它最初是为了探测暗物质而设计的，暗物质占宇宙物质的85%
到目前为止，科学家们只观察到暗物质的间接证据，尚未做出明确的直接检测
所谓的弱相互作用大质量粒子(弱相互作用大质量粒子)是理论上首选的候选粒子，迄今为止，XENON1T已经为它们在大范围的弱相互作用大质量粒子上的相互作用概率设定了最佳限制
除了WIMP暗物质，XENON1T对不同类型的新粒子和相互作用也很敏感，这可以解释物理学中的其他开放性问题
去年，使用同样的探测器，这些科学家在《自然》杂志上发表了有史以来最罕见的直接测量的核衰变观测结果
XENON1T探测器装有3
2吨超纯液化氙，2
其中0 t作为粒子相互作用的目标
当一个粒子穿过目标时，它可以从氙原子产生微小的光信号和自由电子
这些相互作用大多发生在已知存在的粒子上
因此，科学家们仔细估计了XENON1T中背景事件的数量
当将XENON1T的数据与已知背景进行比较时，观察到超出预期的232个事件的53个事件令人惊讶
这就提出了一个令人兴奋的问题:这种过剩从何而来？ 在低能量电子反冲背景中，在XENON1T中观察到的过量，与由红线指示的已知背景的预期水平相比
学分:卡弗利宇宙物理和数学研究所 一种解释可能是一种新的、以前未被考虑的背景源，由XENON1T探测器中存在的微量氚引起
氚是氢的放射性同位素，它通过发射一个能量与观测到的类似的电子而自发衰变
每1025个只有几个氚原子(1000亿，000亿，000亿，000亿！)需要氙原子来解释这种过剩
目前，没有独立的测量可以证实或否定探测器中氚在该水平上的存在，因此对这一解释的最终答案尚不可能
更令人兴奋的是，另一种解释可能是新粒子的存在
事实上，观测到的过剩具有类似于太阳产生的轴子预期的能谱
轴子是假设的粒子，被提出来保持核力的时间反转对称性，太阳可能是它们的强大来源
虽然这些太阳轴子不是暗物质候选者，但它们的探测将标志着首次观测到一类动机良好但从未被观测到的新粒子，这将对我们理解基础物理以及天体物理现象产生重大影响
此外，早期宇宙中产生的轴子也可能是暗物质的来源
或者，过量也可能是由于中微子，每秒钟有数万亿个中微子不受阻碍地穿过你的身体
一种解释可能是中微子的磁矩(所有粒子的属性)大于它在基本粒子标准模型中的值
这对于解释它所需要的其他新物理学来说是一个强有力的暗示
在氙合作所考虑的三种解释中，观察到的过剩与太阳轴子信号最为一致
用统计学术语来说，太阳轴子假说的意义是3
5西格玛，这意味着观察到的过量大约有2/10，000的几率是由于随机波动而不是信号
虽然这个意义相当高，但还不足以得出轴子存在的结论
氚和中微子磁矩假说的重要性对应于3
2 sigma，意味着它们也与数据一致
XENON1T现在正在升级到下一个阶段，XENONnT，其活性氙质量是XENONnT的三倍，背景预计比XENON1T低
有了来自XENONnT的更好的数据，氙合作组织相信它将很快发现这种过剩是仅仅是统计上的侥幸，还是背景污染物，还是更令人兴奋的东西:一种超越已知物理的新粒子或相互作用
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