大规模的识别

纯液态氙的好处是什么?它的密度如此之大，以至于足够多的暗物质会创造出一个与世界其他地方隔绝的环境，从而捕捉到暗物质的迹象。暗物质是一种我们从未见过的难以捉摸的物质，但据说构成了宇宙的大部分。

这是根据加州大学圣巴巴拉分校实验高能物理学家休·利平科特的说法，他说:“你可以在小体积内得到很多(液态氙)，这很好，因为质量越大，灵敏度就越高。”

Lippincott解释说，暗物质直接探测实验是他的专长。液态氙能很好地保护自己不受外部辐射的影响，而在内部它具有良好的信号特性——非常适合暴露被认为构成暗物质的弱相互作用大质量粒子(WIMPs)。几大桶巨大的液态氙被塞进地球深处，进行着一系列不同的直接探测实验，等待着大质量弱相互作用粒子撞击某物的罕见时刻。

迄今为止，暗物质探测实验的结果是排除了这些假设的弱相互作用大质量粒子可能存在的区域——这是一项庞大的任务。但是，到目前为止，直接探测还没有发现一个暗物质粒子。下一代暗物质研究人员正把目光转向可能存在的质量比之前认为的要低的大质量弱相互作用大质量粒子——1 GeV或更少的“轻”暗物质。

Lippincott就是这些研究人员中的一员，现在，他获得了能源部的早期职业奖，准备让位于南达科他州布莱克山下的暗物质探测器luxz – zeplin (LZ)对更轻的弱相互作用大质量粒子敏感。

“我真的很兴奋，”Lippincott说。他在费米国家加速器实验室工作了一段时间，于2019年底加入UCSB。“早期职业生涯奖是一个巨大的荣誉。在接下来的五年里，他和其他75位来自国家实验室和大学的美国能源部早期职业奖获得者一起得到了对他们研究的支持。

加州大学圣塔芭芭拉分校数学、生命和物理学院院长皮埃尔•威尔齐乌斯表示:“我祝贺休•利平科特获得这一殊荣。”他延续了优秀的年轻教师获得国家认可的优良传统。他使用掺杂氢的氙气来寻找暗物质的研究充满希望，我们期待他在这个项目上以及在未来继续取得成功。”

负责科学事务的副部长保罗·达巴说:“能源部很自豪地支持为美国科学工作者提供资金，并为我们的研究人员在世界舞台上保持竞争力创造机会。”“通过加强我们对科学界的承诺，我们就是在投资我们国家的下一代创新者。”

Lippincott解释说，纯液体氙气不太好的一点是，它不是轻暗物质的理想目标。

“其原因基本上是运动学，”他说。大型氙原子对质量更大的暗物质粒子很敏感，如果它们相互碰撞，就会释放电荷。但在1gev或更少的时候，轻暗物质粒子就太微弱了，无法与氙相结合。

他说:“如果你把乒乓球扔到保龄球上，你会发现乒乓球并没有提供多少能量。”“如果你有一个非常轻的暗物质粒子，它不能给更重的粒子很大的刺激;你需要更轻的东西才能成为目标。”

进入氢元素，Lippincott的建议是将液态氙与氢混合，从而为轻暗物质创造一个合适的目标。

“氢是最轻的元素，”他说，这使它属于轻暗物质粒子的范围。“我们的想法是，能否把LZ作为一个新的目标，用氢来搜索1 GeV以下的暗物质。”

在低温系统中加入一种不可冷凝气体绝非易事。LZ探测器由英国、韩国、葡萄牙和美国的科学家共同设计和制造，其中包括UCSB的实验物理学家Harry Nelson。氢气的引入会干扰低温。该项目将首先评估液态氙溶解氢的能力，然后努力了解氢原子在液体中反冲时产生的信号量。

“低温技术肯定会有一些变化，”Lippincott说，他希望在LZ的首次运行结束后的5年里进行升级。与他同行的是UCSB机械工程助理教授朱洋英，他的专业是热科学和流体力学。

结果将是一个计划，将LZ已经很高的灵敏度向较低的暗物质质量提升一个数量级——这在持续升温的竞赛中是一个至关重要的飞跃。就在最近,新闻从XENON1T实验埋在意大利格兰萨索山脉“过剩惊人的事件”报道,还不确定,但类型,可以成为例行新闻暗物质探测实验在世界各地增加敏感性和深入研究宇宙的基本结构。

“暗物质是宇宙成长的引力约束结构，”Lippincott说。“如果你观察宇宙从大爆炸到今天的演化过程，如果没有暗物质作为粘合剂，你就无法得到大尺度星系结构的形成。没有它，我们就不会有今天。”