意大利格兰萨索国家实验室(Gran Sasso national laboratory):意大利国家核物理研究院所属的四大国家实验室之一,它是意大利的地下物理研究中心。由于进出容易、规模大和极好的岩石掩盖,使格兰·萨索实验室成为世界上对物质稳定性、太阳中微子和原始磁单极研究以及大量多学科间研究项目研究的重要实验室。
1982年2月和1984年6月,意大利议会分别通过两个专门法案,授权意大利国家公路局以大约800亿里拉的总预算来建造该实验室。意大利两家大公司承担工程建设,1987年交付使用。该实验室沿罗马一阿奎拉和泰拉莫高速公路,离罗马约120公里。它位于阿奎拉和泰拉莫之间长10.4公里的格兰·萨索山中隧道旁,隧道里有旁路通该实验室。实验室由三个实验大厅、服务区、入口和紧急隧道组成。挖掘石方18万立方米,其中SQ%用于安装设备。
1200米厚的岩石覆盖保证对宇宙射线非常有效的屏蔽,使除中微子外的已知粒子流量几乎减少到百分之一。而且格兰。萨索山脉岩石(石灰石)本身的
天然放射性元素(即铀和牡)含量非常低,使该实验室成为极灵敏、精密以及非常大型实验的理想场所。
人们现已知道,离开暗物质与暗能量,宇宙无法维持现有的星系旋转与膨胀速度。但是标准模型中并没有描述这二者的候选粒子,因此科学家才认为标准模型需要被拓展,许多新物理模型应运而生,其中
超对称理论备受青睐。它认为迄今发现的每一个粒子都有一个通常来说更重一些的伙伴粒子,有一些则是
大质量弱相互作用粒子(WIMP),它是一种仍然停留在理论阶段的粒子,却是暗物质最有希望的候选者,在大爆炸中应被创造出来的WIMP的数量,恰好也符合宇宙学估测出的暗物质密度。
但暗物质的寻找过程甚是艰难。当前想要寻获暗物质有两个办法:将仪器送上太空,或者放入地下。后者是一个进行暗物质探测实验的最理想所在,因为地下深处可很大程度上免受宇宙射线的攻击。此次参与XENON联合实验的125名科学家将3.5吨液态氙作为“搜捕”暗物质的工具,并对其反应进行监控。液态氙属于冷物质,重量是水的3倍。该实验所用已远远超过当今世界上最先进的暗物质探测实验——美国桑福德地下研究中心大型地下氙探测器(LUX)里370千克氙的重量。而在2013年,LUX实验曾排除了
大质量弱相互作用粒子作为暗物质候选者的可能,即是说其寻找暗物质未获成功。此外,暗物质是一种神秘物质,被认为占据了宇宙中85%的质量。如果这项名为XENON1T的试验发现了暗物质,它将被载入史书。与此同时,很多理论家认为,如果一无所获,将对排除这种难以捉摸物质的热门候选者——超对称所预言的一种
弱相互作用重粒子(WIMP)大有帮助。超对称是对
粒子物理标准模型的扩展。
XENON1T预计将于2016年3月底开始收集数据。该实验如能发现暗物质,将被写入历史;反之,它将终结掉一个备受欢迎的暗物质的候选者,同时也是标准模型的扩展理论。欧核中心地下的
大型强子对撞机(LHC)也在对大质量弱相互作用粒子进行追寻,以期发现
超对称粒子的蛛丝马迹,“防止”这一理论寿终正寝。
其一是找到那些“丢失的”
中微子。自二十世纪六十年代开始, 美国物理学家雷蒙德·戴维斯(RaymondDavis)在霍姆斯特克探测到太阳中心核反应所产生的中微子。然而他仅仅发现了理论预言中的三分之一中微子。对于没发现的另外三分之二中微子,其他物理学家提出一个解决方案:如果中微子在太空穿行过程中发生“振荡”,其三类中微子的一类转换成了另一类,那么当它们达到地球时很可能已经混合在了一起。如此,戴维斯的探测器只能探测到三分之一的中微子。然而,由于中微子同其他粒子几乎不发生相互作用,探测中微子就需要将探测器放置于地下岩层几百米进而屏蔽掉宇宙射线。
其二是
质子衰变。构建粒子相互作用“
大统一理论”的各种尝试,暗示了质子曾经是些不稳定的、并且很可能花费了比宇宙年龄还要长的时间而衰变成了更轻的亚原子粒子。探测到如此事件的唯一希望,就是在屏蔽掉宇宙背景辐射的干涉信号后进行长时间的监测。