科教之窗

健康学院郑其斌副教授团队参与研究成果发表在《自然》正刊

2023-05-242486编辑:董真摄影:

5月17日,由上海交通大学牵头的PandaX合作组在深度分析新一代四吨级液氙探测实验(PandaX-4T)数据后,给出了暗物质可能具有的、国际最好的电磁性质测量结果,即当前自然界暗物质的“亮度”上限。该成果以“从氙反冲数据得出的暗物质的亮度极限”(Limits on the luminance of dark matter from xenon recoil data)为题发表于《自然》正刊。值得一提的是,这一具有国际顶级影响力的成果中,有上海理工大学健康学院生物医学工程研究所(医学电子工程方向)郑其斌副教授团队的贡献。

据了解,宇宙中构成已知物质的基本粒子都具有电磁性质,通过光子传递相互作用,因此这些物质都具有“亮度”,那宇宙中是否存在没有“亮度”的物质粒子?针对这一问题,由上海交通大学牵头,与国内外多所知名大学和研究机构的相关实验室合作,开展了新一代四吨级液氙探测实验(PandaX-4T),旨在高灵敏地探测稀有物理事件,包括暗物质、无中微子衰变等。

在研究过程中,PandaX合作组基于四吨级液氙探测实验首批暗物质探测数据,对暗物质的多种电磁性质均给出了国际最强的限制。值得关注的是,PandaX对暗物质电荷均方半径给出了国际首个实验上限,最强的上限值1.9x10-10 fm2出现在暗物质质量为40倍质子质量附近,比中微子电荷均方半径实验上限还要小1万倍,换算成实际尺寸比质子还要小约10万倍。同时,合作组对暗物质其他电磁性质的测量也比之前国际最好结果提升了3至10倍。最终合作组也研发出新型探测仪,在研究中利用了最灵敏的氙原子核反冲数据,系统给出了当前最好水平的暗物质“亮度”上限,显著提升了对暗物质究竟有多“暗”的定量理解。

作为PandaX合作组的重要成员,郑其斌副教授带领辐射探测与医学成像团队在前端电子学系统、触发和数据获取系统中做出重要贡献。“这个‘桶型’的新型探测仪一共有512个光电倍增管,作为探测仪的‘眼睛’,帮助识别和收集稀有物理事件的信号。”郑其斌副教授表示。他们团队研发了该探测仪的前端电子学系统,实现了大通道数实验信号的高精度测量,并基于FPGA人工智能芯片从源源不断的海量实验数据中初步判选出“有用”数据,并通知数据获取系统进行收集处理。

郑其斌副教授团队研究的核电子学技术、阵列信号的高速高精度数据获取系统,不仅在暗物质领域颇受关注,在核医学和其他科学仪器中也具有广阔的应用前景。

Figure 1 PandaX两相型氙探测仪,在“桶型”探测仪端盖处布满光电倍增管,作为寻找暗物质的“眼睛”

Figure 2 PandaX-4T探测仪端盖处光电倍增管信号的引出及其大通道数读出电子学系统


论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-023-05982-0


供稿:健康学院