5月17日，由上海交通大學(xué)牽頭的PandaX合作組在深度分析新一代四噸級(jí)液氙探測(cè)實(shí)驗(yàn)（PandaX-4T）數(shù)據(jù)后，給出了暗物質(zhì)可能具有的、國(guó)際最好的電磁性質(zhì)測(cè)量結(jié)果，即當(dāng)前自然界暗物質(zhì)的“亮度”上限。該成果以“從氙反沖數(shù)據(jù)得出的暗物質(zhì)的亮度極限”（Limits on the luminance of dark matter from xenon recoil data）為題發(fā)表于《自然》正刊。值得一提的是，這一具有國(guó)際頂級(jí)影響力的成果中，有上海理工大學(xué)健康學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程研究所（醫(yī)學(xué)電子工程方向）鄭其斌副教授團(tuán)隊(duì)的貢獻(xiàn)。
據(jù)了解，宇宙中構(gòu)成已知物質(zhì)的基本粒子都具有電磁性質(zhì)，通過(guò)光子傳遞相互作用，因此這些物質(zhì)都具有“亮度”，那宇宙中是否存在沒(méi)有“亮度”的物質(zhì)粒子？針對(duì)這一問(wèn)題，由上海交通大學(xué)牽頭，與國(guó)內(nèi)外多所知名大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)室合作，開(kāi)展了新一代四噸級(jí)液氙探測(cè)實(shí)驗(yàn)（PandaX-4T），旨在高靈敏地探測(cè)稀有物理事件，包括暗物質(zhì)、無(wú)中微子衰變等。
在研究過(guò)程中，PandaX合作組基于四噸級(jí)液氙探測(cè)實(shí)驗(yàn)首批暗物質(zhì)探測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)暗物質(zhì)的多種電磁性質(zhì)均給出了國(guó)際最強(qiáng)的限制。值得關(guān)注的是，PandaX對(duì)暗物質(zhì)電荷均方半徑給出了國(guó)際首個(gè)實(shí)驗(yàn)上限，最強(qiáng)的上限值1.9x10-10 fm2出現(xiàn)在暗物質(zhì)質(zhì)量為40倍質(zhì)子質(zhì)量附近，比中微子電荷均方半徑實(shí)驗(yàn)上限還要小1萬(wàn)倍，換算成實(shí)際尺寸比質(zhì)子還要小約10萬(wàn)倍。同時(shí)，合作組對(duì)暗物質(zhì)其他電磁性質(zhì)的測(cè)量也比之前國(guó)際最好結(jié)果提升了3至10倍。最終合作組也研發(fā)出新型探測(cè)儀，在研究中利用了最靈敏的氙原子核反沖數(shù)據(jù)，系統(tǒng)給出了當(dāng)前最好水平的暗物質(zhì)“亮度”上限，顯著提升了對(duì)暗物質(zhì)究竟有多“暗”的定量理解。
作為PandaX合作組的重要成員，鄭其斌副教授帶領(lǐng)輻射探測(cè)與醫(yī)學(xué)成像團(tuán)隊(duì)在前端電子學(xué)系統(tǒng)、觸發(fā)和數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)中做出重要貢獻(xiàn)?！斑@個(gè)‘桶型’的新型探測(cè)儀一共有512個(gè)光電倍增管，作為探測(cè)儀的‘眼睛’，幫助識(shí)別和收集稀有物理事件的信號(hào)?！编嵠浔蟾苯淌诒硎?。他們團(tuán)隊(duì)研發(fā)了該探測(cè)儀的前端電子學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大通道數(shù)實(shí)驗(yàn)信號(hào)的高精度測(cè)量，并基于FPGA人工智能芯片從源源不斷的海量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中初步判選出“有用”數(shù)據(jù)，并通知數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)進(jìn)行收集處理。
鄭其斌副教授團(tuán)隊(duì)研究的核電子學(xué)技術(shù)、陣列信號(hào)的高速高精度數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，不僅在暗物質(zhì)領(lǐng)域頗受關(guān)注，在核醫(yī)學(xué)和其他科學(xué)儀器中也具有廣闊的應(yīng)用前景。
Figure 1 PandaX兩相型氙探測(cè)儀,在“桶型”探測(cè)儀端蓋處布滿光電倍增管，作為尋找暗物質(zhì)的“眼睛”
Figure 2 PandaX-4T探測(cè)儀端蓋處光電倍增管信號(hào)的引出及其大通道數(shù)讀出電子學(xué)系統(tǒng)
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-05982-0
供稿：健康學(xué)院
