2018年7月12日，《物理评论快报》以“编辑推荐”在线发表了PandaX-II合作组针对轻传播子暗物质的探测结果。这是国际上首次由暗物质直接探测合作组给出的有关该类型暗物质的实验结果。
暗物质被大量的天文观测所证实。但是，暗物质如何和普通物质发生引力之外的相互作用（如果有的话），到如今还是一个未解之谜。一直以来，直接探测实验，都以探测一种被称为弱相互作用重粒子（WIMP）的暗物质为主要目标之一。WIMP粒子和普通物质，通过一个质量很大（大约100-1000倍于质子质量）的传播子来相互作用，WIMP粒子间不发生引力外的相互作用。
上海交通大学物理与天文学院PandaX-II实验团队和加州大学河滨分校理论学家Hai-bo Yu 合作，利用PandaX-II实验2016年和2017年采集的54吨天曝光量的数据，首次给出了针对轻传播子（质量为1/1000到1倍质子质量）的暗物质模型的探测结果，并系统地研究了暗物质与核子反应截面的上限和传播子质量的关系。研究发现，在传播子质量为1/1000-1/10质子质量的区间，暗物质-核子截面的上限比通常的WIMP-核子截面的上限要弱许多，甚至高达几个数量级。这对未来进一步提升探测灵敏度提出了新的要求，特别是降低探测阈值将是未来实验的重点攻克难题之一。
和轻传播子相关的暗物质模型有许多。其中，自相互作用暗物质模型是最为重要的模型之一。通过一个轻的传播子在暗物质间传递相互作用，该模型很好地解决了最近几十年来WIMP模型在解释星系尺度的宇宙结构上遇到的若干“小尺度危机”，比如星系旋转速度的多样性问题。在传播子和普通物质相互耦合的情况下，直接探测实验就有可能探测到自相互作用暗物质。因此，本项目对自相互作用暗物质模型也做出了目前为止最强烈的限制。 本研究工作得到了上海交通大学985三期建设、国家自然科学基金、科技部重点研发计划和上海市科技办公室的资助，并得到了中国锦屏地下实验室、雅砻江流域水电开发有限公司、中科院粒子物理前沿卓越创新中心、香港鸿文基金会，以及其他PandaX合作单位的大力支持。Yu得到了美国能源部的支持。
全文链接 https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.021304
加州大学河滨分校新闻链接: https://ucrtoday.ucr.edu/54503
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