一座山的深處，物理學家們競相挖掘暗物質

埃琳娜阿普賴爾在她哥倫比亞大學的實驗室里.BEN SKLAR FOR QUANTA MAGAZINE在一個埋在義大利亞阿盆奈恩山脈之下的實驗室里，哥倫比亞大學的物理學教授埃琳娜·阿普賴爾正在競爭來挖掘將是物理學中最大的發現之一的。她還沒有成功，甚至經過十多年的工作後。然後再一次，別人也沒有成功的。量子雜誌（QUANTA MAGAZINE）關於原故事從量子雜誌許可轉載，量子雜誌是西蒙斯基金會的一個獨立編輯分部，其使命是通過涵蓋數學和物理和生命科學科學的研究進展和趨勢提高公眾的科學理解阿普賴爾領導氙暗物質實驗，氙暗物質實驗室幾個相互競爭的來探測一種負責天體物理特點的被集體的歸因到暗物質的粒子的努力之一。這些包括環繞星系核心的恆星彷彿被不可見的質量拉著，過度的翹曲環繞大星系團和這個早期宇宙中的豹紋圖案的熱點和冷點的空間。幾十年來，這種現象最流行的解釋是暗物質由到目前尚未發現的稱為弱相互作用質量粒子的粒子構成的。這些弱相互作用質量粒子只會罕見的在日常更熟悉的物質上留下一個印跡。這種模式最近一直受到攻擊。位於日內瓦附近的歐洲核子研究中心的大型強子對撞機也沒有發現任何支持弱相互作用質量粒子的任何東西存在的。其他的較少研究的粒子也可以做這個把戲的。暗物質的天體物理效應可能甚至是由引力的修改畢竟不需要這種丟失的東西造成的。大多數最嚴格的弱相互作用質量粒子的搜索一直使用阿普賴爾的策略︰一個大桶里倒進大量的液態氙-------一種高尚的像氦和氖一樣的元素但更重。把它屏蔽於宇宙射線，宇宙射線會用雜散信號淹沒這個檢測器。然後等待一個過路的弱相互作用質量粒子來碰進一個氙原子的原子核。一旦這樣做了，捕捉出這個微小的應造成的小閃光。

在探測器的心臟的時間投影室充滿有3.5 公噸的液態氙。THE XENON這些實驗使用逐漸變大的研究人員們相信應該能夠捕捉住偶爾經過的弱相互作用質量粒子的液態氙箱。每個後續的沒有一個發現的搜索，顯示弱相互作用質量粒子如果它們存在一定是比原先被認為的趨向在正常物質上留下一個印記的更輕或更不容易。近年來，阿普賴爾的團隊一直與兩個密切的競爭對手爭奪最徹底的弱相互作用質量粒子搜索的標題︰ LUX勒克斯，一個在2007年從她的團隊分裂出的總部設在美國的大型地下氙實驗團隊和粒子和天體物理學氙實驗PandaX，一個在2009年脫離了的中國團隊。這兩個合作者變為對手的團隊也使用液氙探測器和類似的技術。雖然，很快阿普賴爾期望她的團隊要穩定在頂上︰第三代氙實驗------比之前的更大，用三噸半的氙來捕捉經過的弱相互作用質量粒子------自春季以來一直在運行並且現在正在取數據。一個最後一次的升級計劃於2020年代初。然而，這個遊戲不能永遠進行下去。科學家們將最終擊中天體物理學的基石︰實驗會變得足夠敏感能從湧入這個粒子探測器的空間雜訊拾起中微子。如果弱相互作用質量粒子到這一點還沒被檢測到，阿普賴爾計劃停止並重新考慮在另外的哪裡找。阿普賴爾拆分她的本地的義大利和紐約城之間她的時間，1986年她成為第一位哥倫比亞大學物理系的女教授。量子雜誌在星期六早上在她的朝向自由女神像的布魯克林高層公寓趕上了她。一個編輯和濃縮的採訪版本如下。量子雜誌︰你怎樣緊跟來來回回的關於暗物質的本質的理論呢？埃琳娜·阿普賴爾︰對我來說，推動這個技術，推動這個探測器，使它成為最好的使它令人興奮的探測器。現在的點是在幾年中，也許總的四或五年，我們將肯定地說沒有弱相互作用質量粒子或者我們會發現一些東西。我不太注意理論家們說什麼的。我繼續我的實驗。弱相互作用質量粒子的想法顯然的今天仍然是相當理想的。沒有人能告訴你"不，你正在瘋狂尋找一個弱相互作用質量粒子的"。

BEN SKLAR FOR QUANTA MAGAZINE你想像在這個領域未來幾年的搜索將會發生什麼？如果我們發現一個信號，我們不得不走得更快並建立一個更大規模的探測器，這我們已經正在計劃 ------為了有一個看更多它們的機會，有一個建立統計的機會。如果在一兩年後我們什麼沒看到的話，同樣的故事。未來四、五年對我和我怎樣推動這些130人開展協作的計劃是很清楚的。但除此之外，我們將幾乎走到我們開始真正看到中微子的水平。如果我們最終會幸運 ------如果一顆超新星在我們旁邊爆炸我們看到中微子------我們將沒有找到暗物質的，但仍然探測到一些非常令人興奮的東西。你怎樣入門這個氙探測器技術的呢？我作為一名在歐洲核子研究中心的夏天學生開始我的職業生涯。卡羅·盧比亞是哈佛大學的教授也是歐洲核子研究中心的物理學家。他提出了一種液氬TPC------時間投影室。這作為探測器是令人興奮的因為你能精確的測量一個粒子的能量，並且你能測量交互作用的位置，你能跟蹤。因此，那是我的第一次體驗，來建造這個第一個的液氬"寶貝"探測器------1977年，是的，這是當它開始時。然後我去了哈佛，我與盧比亞做了我的關於液氬的早期工作。這是最終的導致這個叫伊卡洛斯（ICARUS）的怪物的巨大液氬探測器的種子。然後我離開了盧比亞我接受了在這裡的哥倫比亞大學的助理教授的職位。我有興趣繼續用液氬探測器，但為探測來自潛艇的中微子。我收到我的第一筆來自DARPA [國防高級研究項目局]的贈款。他們不在乎一個關於超新星中微子的，但他們想要看來自俄羅斯核潛艇的中微子。然後我們有了超新星1987A，我提出了在一個高空氣球上飛一個液氬望遠鏡來探測來自這顆超新星的伽馬射線。我研究了很多------氬、氪、氙的屬性------然後很明確的氙是伽瑪射線檢測的更有前途的材料。因此我把我的注意為伽瑪射線天體物理學轉向液態氙。這個怎樣轉彎到搜索一種暗物質的呢？我有這個我為伽瑪射線天體物理學建造的探測器可能已經有另一個理想的來尋找暗物質的版本的想法。我對自己說，"也許它是值得進入這一領域的。這個問題是熱的，也許我們有最後的取得一些進展的合適工具"。對國家科學基金會將馬上資助某些像我一樣的新人的這個建議是非典型的。它是我所有這些年用一個液態氙時間投影室（TPC）為伽瑪射線天體物理學所做的的力量。他們意識到這個女人能做到。不是因為我非常大膽和我提出了一個極具侵略性的方案------這當然對我是典型的------而我以為它是我們已經為另一個給出氙方案力度的目的所做的工作，這是我在2001年3月向美國國家科學基金會提出的。從發射高空氣球到在地下工作像什麼一樣呢？我們有很多氣球運動。它是某些我會再做的東西，但我不欣賞它。你準備好你的探測器，你把它放在這個吊船內。在一些你都準備好了的點，但你不能做任何事情，因為每天早上你去而你等待天氣傢伙來告訴你如果它是正確的飛的時刻。在這種情況下你是一個比你大的東西的奴隸。你走到發射台上，你看這傢伙測量，檢查每件事物和他說"不"。在地下，我猜測，沒有這樣重大的事阻止你操作你的探測器。但仍然有，在你的思維背後，思考關於你設計的和你建造了的的地震抗災能力。2011年在紐約時報關於婦女在她們的科學領域頂部的採訪中，你描述一個科學家的生活為艱難的、競爭的和不斷暴露的。你提出了如果你的女兒之一立志要成為一名科學家你會希望她由鈦做成的。你的那個是什麼意思呢？也許我不應該要求在科學或物理學的每一個女性這樣的。真的來讓每個人都由鈦做成可能是不公平的。但我們必須面對它------在建造或運行這項新實驗中------有時會有很大的壓力。在每個學生、每個博士後，我們每一個人上︰嘗試走得快得到這個結果，如果你想要到達那裡就日夜工作。你能繼續病假或殘疾，但弱交互作用質量粒子不等待你。另外的某人正要得到它，對嗎？這是我說你一定要堅強的意思。經過這樣的事情後，它不是朝九晚五的工作。我不會不鼓勵任何開始嘗試的人。但然後一旦你開始了，你不能只是假裝這只是一個正常的工作。這不是一個正常的工作。它不是一份工作。它是一個追求。

阿普賴爾在她的哥倫比亞的尼維斯實驗室。BEN SKLAR FOR QUANTA MAGAZINE在另一個義大利報紙共和國報的採訪中，你討論了有卡羅·盧比亞這樣一個輝煌但苛刻的導師，他是獲1984年物理諾貝爾獎的人。這種關係像是什麼呢？大概這讓我成為鈦的，你要想像這個23歲來自義大利的年輕女子作為一個這個傢伙的夏天組中的學生終結在歐洲核子研究中心。即使在今天，我仍然會害怕如果我是那個人的。卡羅發散出自信的。我只被嚇了的。他將保持推動你超越甚至是可能的的狀態，"它所有是關於科學的，它所有是關於這一目標的。你怎樣苦難到達那裡我不在乎︰如果你不睡覺，如果你不吃，如果你沒有一個月時間和你的丈夫睡覺，誰在乎呢？你要養活一個孩子？找到一些辦法。因為我活過了那個期間我知道了我築就了一點鈦，讓我們就讓它那個樣子。我學會了包含我的眼淚。這是一個你不想要對他示弱的人。現在，開始你自己的實驗室30年後，與他共事的經驗怎樣告知你今天是的氙的領導者的科學家呢？很長的時間，他仍然參與他的液氬努力。他仍舊告訴我，"你用氙幹嗎呢;你必須轉向氬"。我花了很多年才戰勝這種盧比亞恐懼，原因很多，可能的------即使我不承認這一點。但是現在我感覺自己很強。我能面對他並說，"嘿，你的液氬探測器並不工作。我的正在工作"。我決定了我想要成為一個更實際的人。大多數男人都是天真的。所有這些傢伙是天真的。很多事情他做了並且做得很不錯，是的，但建立一個成功的實驗不是某些你獨自一人做的事情。這是一個團隊努力，你必須能夠與你的團隊一道工作。獨自一人，我不會到任何地方的。人人有責的。這與我們建立一個完美的機器沒關係的︰我不相信機器。我們正要讓這個可惡的東西從它出來。我們正要從這個用我們的大腦、用我們的學生和真的看這個數據的博士後的大腦建造了的東西獲得我們最多的。我們要尊重他們每一個人。原故事從量子雜誌許可轉載，量子雜誌是西蒙斯基金會的一個獨立編輯分部，其使命是通過涵蓋數學和物理和生命科學科學的研究進展和趨勢提高公眾的科學理解https://www.wired.com/2017/01/deep-within-mountain-physicists-race-unearth-dark-matter/http://blog.sina.com.cn/s/blog_9bdadbb90102wo29.html
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