Veel overtuigend bewijs uit de astrodeeltjesfysica en kosmologie geeft aan dat de belangrijkste materiecomponent in het heelal donkere materie is, goed voor ongeveer 85% met de resterende 15% gewone materie. Hoe dan ook, mensen weten nog steeds weinig over donkere materie, inclusief de massa en andere eigenschappen. Veel modellen voorspellen dat donkere materiedeeltjes kunnen koppelen met gewone deeltjes op het zwakke interactieniveau, het is dus mogelijk om het signaal van donkere materiedeeltjes te vangen met een direct detectie-experiment.

De wetenschappelijke doelen van het China Dark Matter Experiment (CDEX) zijn de directe detectie van licht-donkere materie en neutrino-loos dubbel bètaverval met p-type point contact germanium (PPCGe) detectoren in het China Jinping Underground Laboratory (CJPL). De meetbare energiespectra die worden geïnduceerd door de elastische verstrooiing tussen donkere materiedeeltjes en doelnucleonen in het CDEX-detectorsysteem kunnen ons informatie geven over de massa van donkere materie, spin en andere eigenschappen.

De analyse van huidige experimenten met donkere materie is meestal modelafhankelijk, en veel modellen buiten het standaardmodel hebben het bestaan ​​van donkere materie voorspeld, zoals supersymmetriemodellen en extradimensionale modellen. Door de verscheidenheid aan natuurkundige modellen, de beperkingen die uit dezelfde experimentele gegevens zijn verkregen, kunnen niet rechtstreeks op andere modellen worden toegepast, wat complicaties met zich meebrengt voor fysieke interpretaties. Kosmologische waarnemingen hebben bevestigd dat het grootste deel van donkere materie de niet-relativistische koude donkere materie is, en als een resultaat, de impulsoverdracht in het verstrooiingsproces tussen donkere materiedeeltjes en nucleonen is slechts ongeveer honderden MeV, veel lager dan de elektrozwakke schaal (~ 250 GeV). Het is daarom geschikt om met effectieve veldtheorie de interactie tussen donkere materie en gewone materie te analyseren. De afgelopen jaren zijn er twee alternatieve schema's voorgesteld om verschillende mogelijke interacties te bestuderen, namelijk niet-relativistische effectieve veldentheorie (NREFT) en chirale effectieve veldentheorie (ChEFT). Een effectieve theorie bevat alle mogelijke interacties toegestaan ​​door bepaalde symmetrische principes, zodat het modelonafhankelijk de complexiteit van analyse kan verminderen.

In de directe detectie-experimenten van donkere materie, waar vooral op gefocust wordt zijn de spin-onafhankelijke (SI) en spin-afhankelijke (SD) verstrooiingsanalyse, terwijl EFT meer momentumafhankelijke of snelheidsafhankelijke interactie kan geven, waar gewoonlijk geen rekening mee wordt gehouden. Profiteren van de lage elektrische ruis van PCCGe, de analysedrempel van CDEX-1B en CDEX-10 bereiken beide 160 eV, die de detectiegevoeligheid voor lichte donkere materie aanzienlijk kan verbeteren.

Gebaseerd op de dataset van CDEX-1B en CDEX-10, CDEX-samenwerking presenteert nieuwe limieten voor de koppelingen van WIMP-nucleon die voortkomen uit NREFT en ChEFT. In de niet-relativistische effectieve veldtheoriebenadering, ze verbeteren over de huidige grenzen in het lage mχ-gebied. In de chirale effectieve veldtheoriebenadering, ze breidden voor het eerst de limiet op WIMP-pion-koppeling uit tot de mχ <6 GeV/c ² regio.

Gerelateerde resultaten zijn online gepubliceerd onder de titel "First experimentele constraints on WIMP-koppelingen in het effectieve veldtheoriekader van CDEX" in Wetenschap China-Natuurkunde, Mechanica en astronomie . Prof. Y. F. Zhou van het Instituut voor Theoretische Fysica, Chinese Academie van Wetenschappen schreef een overzichtsartikel voor deze publicatie.

De werking en analyse van CDEX-1B en CDEX-10 loopt ten einde, en de volgende generatie experimenten CDEX-100/CDEX-1T zijn nu in voorbereiding. Het lagere achtergrondniveau en de verbetering van de PPCGe-prestaties kunnen de gevoeligheid van het directe detectie-experiment verhogen. Hoewel het experiment van de volgende generatie van CDEX donkere materie kan ontdekken, blijft onbekend, maar het mysterie van donkere materie zal steeds meer onderzoekers aanmoedigen om hun studies voort te zetten tot de dag waarop dit diepgaande mysterie van het heelal zal worden opgelost.