世界各地的物理学家团队一直在试图探测暗物质，这是一种难以捉摸的物质，它不发射、吸收或反射光。由于缺乏与电磁力的相互作用，这种物质很难直接观察到，因此大多数研究人员都在寻找它与周围其他粒子相互作用产生的信号。
在最近发表在《物理评论快报》上的一篇论文中，参与这项大规模实验的研究人员发表了他们最近对轻暗物质(即质量低于1 GeV的弱相互作用大质量粒子)的研究结果。
孟岳、林青和周宁代表PandaX合作项目对Tech Xplore说:“目前，使用氙气探测器直接检测实验的零结果衍生出的大质量暗物质候选者存在很强的限制。”“然而，由于探测能量阈值的原因，传统的搜索对轻质量暗物质(小于GeV/c2)并不敏感。使用纯电离信号(S2-only)来寻找轻质量暗物质可以将能量阈值从~1 keV降低到0.1 keV。以前在氙气探测器中仅进行s2数据分析无法模拟背景，这阻碍了对轻质量暗物质的有效和敏感搜索。”
在双相氙探测器中，如PandaX探测器，暗物质通常可以通过提示闪烁信号(S1)和电离信号(S2)来显示自己。为了降低可以检测到该信号的阈值能量，Meng, Lin, Zhou和他们的同事将注意力集中在这些信号中的第二个(S2)，即所谓的电离信号上，当电子从氙原子中电离，然后在电场下从液态氙中提取时，会发生电离信号。
研究人员解释说:“我们专注于仅电离的数据，因为电离信号S2在气体氙区的高电场中被放大，并且放宽了S1的要求。”“在PandaX-4T调试运行期间，收集了大约90天的数据。我们首先对控制区域进行盲化以验证我们的背景估计，然后对信号区域进行盲化以进行轻质量暗物质信号测试。最终，没有观察到明显的过剩，我们推导出了轻暗物质粒子的约束条件。”
虽然PandaX合作小组最近的工作并没有观测到暗示轻暗物质存在的信号，但它允许研究人员通过搜索电离信号来对这种暗物质的探测设定更严格的限制。这些约束描述了点状暗物质-电子相互作用的质量范围为40 MeV/c2至10 GeV/c2，暗物质-电子通过光介质相互作用的质量范围为100 MeV/c2至10 GeV/c2，暗物质-核子自旋无关相互作用的质量范围为3.2至4 GeV/c2。
Meng, Lin和Zhou说:“这是第一次在现代液态氙时间投影室中理解和模拟电离背景，具有很少的电子能级能量阈值。”“这些结果为暗物质粒子的潜在相互作用提供了迄今为止最严格的限制，其质量范围约为40 MeV/c2至10 GeV/c2，具体取决于相互作用的类型。新的限制正在接近研究人员预测的早期宇宙中由冻结和冻结机制产生的暗物质粒子可能存在的参数空间。”
PandaX合作项目设定的新限制可以为利用双相氙探测器收集的数据进行轻暗物质的新搜索提供信息。与此同时，PandaX探测器正在以更低的背景水平收集更多数据，这可能有助于对轻暗物质设定越来越严格的限制，可能有助于未来的探测。
“熊猫- 4t实验正在继续收集数据，并提高其搜索的灵敏度，”孟、林和周补充说。“基于我们对纯s2背景的更好理解，我们计划通过开发更好的识别算法，收集更多的数据和/或优化运行条件来进一步抑制这种背景的起源。”
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