暗物質是物理學前沿的十大基本問題之一。天文學和宇宙學中一系列的觀測都表明，非重子的暗物質是宇宙中的重要組成成分，越占30%，遠高于普通物質的5%。然而，粒子物理的標準模型卻無法為暗物質提供候選粒子，這預示著超出標準模型的新物理的存在。目前為止，已經有許多暗物質直接探測實驗試圖通過暗物質散射特定靶材料中的原子核來搜尋銀暈中質量接近或大于質子質量(~ 1 GeV/c2)的暗物質，但并未明確發現暗物質跡象。因此，質量介于keV/c2到GeV/c2之間的輕質量暗物質越來越受到關注。輕質量暗物質測量的主要挑戰在于暗物質粒子動能過低，在與靶材料原子核彈性散射時只將很少的動能轉移至反沖核，而利用暗物質與靶材料核外電子之間的非彈性散射則成為一種可行的方案。
近日，PandaX氙探測實驗合作組在《物理評論快報》(Physical Review Letters) 126卷第21期上以“Search for Light Dark Matter–Electron Scattering in the PandaX-II Experiment”為題發表了尋找輕質量暗物質-電子散射的最新結果[Chen Cheng et al. (PandaX-II Collaboration), Phys. Rev. Lett. 126, 211803 (2021)]。我校物理學院王為團隊博士程晨為第一作者。通過PandaX-II暗物質探測實驗運行積累的46.9噸天數據，此次研究一共收集到1821個候選事例，重點針對15到30?MeV/c2區間的輕質量暗物質，得到目前世界范圍內最嚴格的散射截面排除曲線。
圖1. 輕質量暗物質-電子散射截面排除曲線 (90% C.L.)
PandaX氙探測實驗是建在中國錦屏地下實驗室的一個國際性大科學合作項目。該實驗由十多個學術單位和組織，50多位科學家參加，參與國際合作的單位來自美國，法國，西班牙，泰國等國家。為了進一步尋找和研究暗物質，下一代噸級液氙探測器，PandaX-4T正在已經在四川錦屏地下國家實驗室(CJPL)緊張地試運行中，期待PandaX-4T的設計指標具有更低探測閾值、更低放射性本底以及、更大的曝光量下，預計對輕質量暗物質以及其他的暗物質候選者的探測靈敏度在不久的將來將得到顯著的提高。
該研究得到了科技部暗物質重點專項，國家自然科學基金委面上項目，上海市科委重點研發專項，四川省科技廳省校聯合項目等項目的支持。
