Mycket övertygande bevis från astropartikelfysik och kosmologi indikerar att den viktigaste komponenten i universum är mörk materia, svarar för cirka 85% med resterande 15% vanligt material. Ändå, människor vet fortfarande lite om mörk materia, inklusive dess massa och andra egenskaper. Många modeller förutsäger att partiklar av mörk materia kan kopplas till vanliga partiklar på den svaga interaktionsnivån, så det är möjligt att fånga signalen från partiklar av mörk materia med experiment för direktdetektering.

De vetenskapliga målen med China Dark matter Experiment (CDEX) är på direkt detektering av ljus-mörk materia och neutrino-fritt dubbel beta-sönderfall med p-type point contact germanium (PPCGe) detektorer vid China Jinping Underground Laboratory (CJPL). De mätbara energispektra som induceras av den elastiska spridningen mellan partiklar av mörk materia och målnukleoner i CDEX -detektorsystemet kan ge oss information om mörk materiens massa, spin och andra egenskaper.

Analysen av nuvarande experiment med mörk materia är vanligtvis modellberoende, och många modeller utöver standardmodellen har förutsagt förekomsten av mörk materia, till exempel supersymmetri-modeller och extra-dimensionella modeller. På grund av de olika fysikmodellerna, de begränsningar som erhålls från samma experimentella data kan inte tillämpas direkt på andra modeller, vilket medför komplikationer till fysiska tolkningar. Kosmologiska observationer har verifierat att huvuddelen av mörk materia är den icke-relativistiska kalla mörka materien, och som resultat, momentumöverföringen i spridningsprocessen mellan partiklar av mörk materia och nukleoner är bara cirka hundratals MeV, mycket lägre än den elektriskt svaga skalan (~ 250 GeV). Det är därför lämpligt att använda effektiv fältteori för att analysera samspelet mellan mörk materia och vanlig materia. Två alternativa system har föreslagits under de senaste åren för att studera olika möjliga interaktioner, nämligen icke-relativistisk effektiv fältteori (NREFT) och kiral effektiv fältteori (ChEFT). En effektiv teori innehåller alla möjliga interaktioner som tillåts av givna symmetriska principer, så det kan modell-oberoende minska analysens komplikation.

I experiment med direkt upptäckt i mörk materia, det som mest fokuseras på är den spin-oberoende (SI) och spin-beroende (SD) spridningsanalysen, medan EFT kan ge mer momentumberoende eller hastighetsberoende interaktion som vanligtvis inte beaktas. Dra nytta av det låga elektriska bullret från PCCGe, analysgränsen för CDEX-1B och CDEX-10 når båda 160 eV, vilket i hög grad kan förbättra detekteringskänsligheten för ljus mörk materia.

Baserat på datamängden för CDEX-1B och CDEX-10, CDEX-samarbete presenterar nya gränser för kopplingarna av WIMP-nukleon som härrör från NREFT och ChEFT. I det icke -relativistiska effektiva fältteori -tillvägagångssättet, de förbättras över de nuvarande gränserna i lågmχ -regionen. I den kirala effektiva fältteori -metoden, de för första gången förlängde gränsen för WIMP-pionkoppling till mχ <6 GeV/c ² område.

Relaterade resultat har publicerats online med titeln "Första experimentella begränsningar för WIMP -kopplingar i det effektiva fältteoriska ramverket från CDEX" i Science China-Physics, Mekanik och astronomi . Prof. Y. F. Zhou från Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences skrev en översiktsartikel för denna publikation.

Driften och analysen av CDEX-1B och CDEX-10 går mot sitt slut, och nästa generations experiment CDEX-100/CDEX-1T är under förberedelse nu. Den lägre bakgrundsnivån och förbättringen av PPCGe -prestanda kan öka känsligheten för experiment för direktdetektering. Medan nästa generations experiment med CDEX kan upptäcka att mörk materia fortfarande är okänd, men den mörka materiens mysterium kommer att uppmuntra fler och fler forskare att fortsätta sina studier tills den dag då detta djupa mysterium i universum kommer att lösas.