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美国的LUX-ZEPLIN(LZ)实验声称是世界上三个暗物质粒子直接探测实验中最敏感的，预计将是第一个捕获暗物质中弱相互作用重粒子的实验，最近宣布了重大进展:该项目成功通过了美国能源部(DOE)的第三阶段审查，现有技术的设计方案被确认为最终版本，建设工作正式开始。
暗物质占宇宙成分的85%。它被提出已经有80年了。然而，现有的证据完全基于间接观测，如重力测量，并且没有获得直接观测的第一手数据。因此，它的粒子特征仍然神秘。欧洲、中国和美国已经开始筹划下一代直接暗物质探测实验，并在基础物理研究这一前沿领域展开良性竞争，希望赢得“第一”宝座。
LZ将加快这一进程，力争在2020年4月前完成并投入使用，这必将使美国在竞争中获得更大优势。
LZ实验的开始和结束
LZ实验由美国能源部劳伦斯·伯克利国家实验室管理。它位于斯坦福大学的地下研究设施。探测装置将被放置在地下1609米的深度。除了主要探测软子，它还将探测轴子和中微子。
2012年，国际团队提议将大型地下氙(LUX)项目与液态惰性气体闪光实验(ZEPLIN)结合起来，形成世界上最敏感的直接探测弱质子的LZ项目。2015年上半年，通过第一阶段评估，LZ被确认为能源部的正式项目，随后发布了该阶段的概念设计报告。2016年8月，LZ通过第二阶段审议，望远镜、制造成本、时间表等关键问题最终确定。在第三阶段审查会议上，能源部正式批准了最终设计。来自美国、英国、葡萄牙、俄罗斯和韩国的37个研究机构的近220名科学家和工程师将合作，用7吨液态氙探测银河系中暗物质和普通物质之间的微弱相互作用。
LZ设计原理是当暗物质粒子与液态氙原子碰撞时，液态氙腔中的电子会漂移到顶部并快速闪烁。这些携带暗物质粒子信号的光脉冲将被排列在一个大容器中的500个光放大管捕获。
面对两大竞争对手
中国在直接暗物质探测领域显示了巨大的竞争力。位于平金地下实验室的暗物质直接探测项目CDEX和潘达克斯，近年来发表了许多探测成果，其中潘达克斯项目也是基于液态氙技术。中国还积极推动这些实验的第二阶段建设，力争在5至10年内实现最终目标:利用20至30吨液态氙实验探测大质量暗物质粒子；用1吨高纯锗实验探测轻质量暗物质：积极参与国际合作。
欧洲的下一代暗物质实验主要基于3.5吨液态氙XENON1T和随后的6吨XENONnT。位于地下1400米的意大利格兰萨索国家实验室制造的XENON1T自2015年末开始运行，但其灵敏度不如2016年“让位”的LUX。LZ的灵敏度比LUX高50倍。尽管欧洲在“起步”时间上领先一步，但美国的LZ可以容纳10吨液态氙，而且灵敏度更高。仍然很难预测谁将首先探测到弱等离子体。
LZ项目的发言人、马里兰大学物理学副教授卡特·霍尔说，暗物质研究具有很强的吸引力，受到全世界物理学家的高度追捧。因此，对这种研究的竞争是良性和友好的，获得重大发现是类似研究的共同目标。
加快进程，不甘示弱
然而，竞争仍然存在。在这样一个重要的领域，美国肯定不会心甘情愿地落后于同样使用液态氙来探测暗物质的信号，所以它已经决定加快进度，尽快完成这个项目。
斯坦福线性加速器中心(SLAC)国家加速器实验室负责提纯LZ实验中使用的液态氙，主要是去除标准提纯工艺无法去除的微量氪元素。虽然纯化后的液态氙现在符合LZ实验的要求，但实验室仍在开发新的方法来进一步提高氙的纯度。
LZ实验所需的电线已经测试过多次了。为了确保这些电线在高压实验中没有泄漏，并“淹没”暗物质产生的微弱信号，今年晚些时候，全尺寸电线还将安装在SLAC的测试平台上进行实地测试。
为了消除背景干扰，一个装满液态氙的大容器需要被另一个装满液体和光电倍增管的容器包围。这些管子将由世界上超纯的金属钛制成，由英国工作人员组装。另一个容器中的超纯闪蒸液体也准备好了。具有灰尘过滤功能的无尘车间和无氡建筑也在加快建设。氡具有天然放射性，会干扰暗物质的探测。为了排除各种背景信号，LZ实验组仔细考虑，尽一切努力做到完美。
因为美国能源部承诺购买LZ系统几乎所有的大型组件，所以参与实验的科学家更加自信，并承诺按照既定的时间表完成项目。他们是第一个“装入”暗物质信号的人。
