高飞：《探测暗物质——探粒子，观宇宙》

2025年11月23日，北京青少年科技俱乐部在中国科学院学术会堂举办“科学名家讲座”，清华大学物理系副教授高飞博士做了题目为《探测暗物质——探粒子，观宇宙》的科普报告。科技俱乐部16所基地校师生共303人参加了报告会。

暗物质与暗能量，被科学家们比作笼罩在21世纪物理学天空的“两朵乌云”。高飞副教授的报告即从“两朵乌云”讲起，他将暗物质的探测方法归纳为——上天、入地和造加速器，并介绍了暗物质实验的最新进展。

暗物质，是指人类肉眼看不到、摸不着，且使用天文望远镜和电磁学手段观测均无法捕捉到的物质。据科学家推测，人类可见物质仅占整体宇宙质量的5%左右，剩下约95%都是暗物质和暗能量。

早在20世纪30年代，瑞士天文学家弗里茨·兹威基通过大量天文学观测和推导，根据一些星系运动的异常，首次提出暗物质的猜想。如今，暗物质探测，已成为国际高能物理学界的必争之地。而探测暗物质，选择并建设一座能阻挡宇宙射线、实验环境和器材辐射本底的“纯净”实验室是前提条件。中国建设的锦屏深地实验室是目前全世界埋深最深、空间最大、宇宙线本底最低的地下实验室，为暗物质探测提供了得天独厚的实验条件。本世纪以来，科学家们发展了多种探测器技术寻找暗物质留下的痕迹，将探测灵敏度提升了5-6个数量级，仍然未能发现确凿的暗物质信号。

2024年，暗物质直接探测领域产生了突破性成果：两个暗物质实验PandaX-4T和XENONnT，利用液氙暗物质探测器直接探测到了太阳“中微子雾”。 同年11月7日，《物理评论快报》同期发表了两个暗物质实验分别独立测量到“中微子雾”的文章。运行于中国锦屏深地实验室的PandaX-4T实验和意大利格兰萨索国家实验室的XENONnT实验，利用液氙暗物质探测器直接探测到了太阳“中微子雾”，并测量了太阳硼-8中微子流强和中微子与氙原子核相干弹性散射截面。 2024年12月16日，《物理》杂志发布年度十大亮点工作，“暗物质探测器首次探测到太阳硼-8中微子雾”工作入选其中。高飞团队参与了XENONnT实验工作。

2024年，暗物质探测器的灵敏度已足以探测到太阳中微子这一即将困扰暗物质探测的本底。《物理》杂志年度亮点文章指出，两个暗物质探测实验初窥这个即将干扰暗物质探测的本底，既证明了暗物质探测的灵敏度，也展示了暗物质探测器作为多物理目标探测器探索中微子物理的潜力。

报告结束后的互动环节，与会师生依然就自己关心的一系列问题：“液氙双相时间投影室的仪器的下半部分是液体、上半部分是气体，仅原子密度有差异，为何能同时展现电信号和光信号？”、““守株待兔” 式探测暗物质难度极大，探测器为何能探测到暗物质？”、“假设暗物质质量与氢原子质量相近，它为何几乎不与我们发生任何反应？暗物质若不与其他物质发生反应，有什么实际应用价值？”、“中微子和暗物质之间有什么联系？中微子算不算暗物质的一种？”、“暗物质和暗能量的存储方式及相处模式是怎样的？是常规物质包含在暗能量中，还是两者相互融合？”等等向专家提问，高飞副教授热情地回答了与会中学生提出的问题。

北京青少年科技俱乐部“科学名家讲座”现场

北京青少年科技俱乐部秘书长、科研导师，中国科学院微生物研究所研究员东秀珠主持报告会

高飞副教授作报告

师生互动