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意大利中部,一座山的地下深处,有一台全世界最灵敏的探测器之一。它在那里蹲守了好几

意大利中部,一座山的地下深处,有一台全世界最灵敏的探测器之一。它在那里蹲守了好几年,等一种从未被任何仪器捕捉过的东西露面。

现在,终于等到了。但不是它要找的那个。

这台探测器叫XENONnT,由一个国际合作团队建造和运行,安置在意大利格兰萨索国家实验室(Gran Sasso National Laboratory)的地下。它的任务是寻找暗物质,宇宙中最大的谜团之一。天文学家早就知道,宇宙里有大约85%的物质是看不见的,不发光,不吸收光,不跟任何已知粒子发生明显的相互作用。它的存在只能通过引力间接推断出来。几十年来,全世界的物理学家建了一个又一个探测器,试图逮住暗物质粒子穿过地球时留下的蛛丝马迹。XENONnT就是这场竞赛里最前沿的选手之一。

它的核心是一大缸液态氙。氙是一种惰性气体,化学性质极不活泼,正因为如此,如果有什么不明粒子撞上氙原子核,产生的微弱闪光就不会被其他化学反应淹没。探测器外面裹着厚厚的水层和岩层,把宇宙射线之类的干扰挡在外面。整套装置的设计目标只有一个:在极端安静的环境里,捕捉极端微弱的信号。

暗物质的信号至今没有出现。但就在这片寂静中,探测器看到了别的东西。

过去几年里,有几个中微子从太阳飞过来,穿过山体,穿过水层,钻进了那缸液态氙,撞上了里面的电子。每一次碰撞都只产生了极其微弱的一点光,微弱到什么程度呢?它的能量只有欧洲核子研究中心(CERN)大型强子对撞机里质子碰撞能量的10亿分之一。此前,没有任何实验捕捉过能量这么低的中微子碰撞。

中微子本身就是出了名的难抓。它几乎不跟任何东西发生反应,每秒钟有上百万亿个中微子穿过你的身体,你毫无感觉。物理学家过去能探测到的,都是那些能量相对较高、碰撞动静较大的中微子。而XENONnT这次捕捉到的,是那些安静到几乎无声的碰撞。XENON团队公布了这一结果,统计上它是偶然巧合的概率不到百万分之一。

日本名古屋大学的物理学家小林雅俊(Masatoshi Kobayashi)是这次分析的负责人之一。他说,这对低能中微子物理学是一个重要的里程碑。

但在兴奋背后,藏着一层隐忧。

XENONnT能看到中微子,恰恰说明它已经灵敏到了一个危险的边界。中微子无处不在,太阳每时每刻都在往外喷射它们。过去探测器不够灵敏,中微子的碰撞信号淹没在仪器自身的噪声以下,可以忽略。现在探测器灵敏到连这种碰撞都能看见了,中微子就不再是可以忽略的背景,而变成了一层永远甩不掉的底噪。

物理学家管这叫“中微子地板”。一旦踩到这层地板,暗物质的信号(如果有的话)就会被中微子的碰撞彻底淹没,再怎么提高探测器的灵敏度也分不清谁是谁。小林雅俊说,这次的结果表明,他们真的已经快要触到中微子背景的水平了。

换句话说,这项技术走了几十年,越来越灵敏,越来越精密,现在终于灵敏到能看见前所未见的东西了。但也正因为太灵敏了,它正在逼近自己原理上的极限。中微子的幽灵般的闪光,既是技术成熟的证明,也是暗物质搜寻前方那堵墙投下的影子。

美国芝加哥大学教授、XENON团队成员卢卡·格兰迪(Luca Grandi)说,我们当然还在追那个暗物质的信号,但这里发现的东西本身就让人兴奋,它说明这项技术已经走了多远。

走了很远。但暗物质还是没找到。

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图为XENONnT暗物质探测器所在的大型水箱内部,注水后水层将屏蔽其中充满液态氙的探测器,该实验位于意大利格兰萨索国家实验室地下,图源:XENON Collaboration

信源:Howlett, Joseph. "Dark matter experiment catches quietest neutrinos ever measured." Scientific American, edited by Lee Billings, 31 Aug. 2026