直接探测暗物质
暗物质的直接探测实验
暗物质的直接探测实验暗物质是宇宙中的一种神秘存在。
虽然我们无法直接观测到它，但通过其对星系旋转、宇宙微波背景辐射的影响以及其他间接证据，我们对暗物质的存在相当有信心。
然而，为了更深入地理解暗物质并揭示宇宙的奥秘，科学家们进行了各种直接探测实验。
1. 传统探测方法最早被提出的暗物质直接探测方法之一是利用其与普通物质发生微弱相互作用的特性。
这些相互作用可能通过观测由暗物质与物质发生碰撞而产生的微小能量转移来实现。
例如，通过在地下洞穴等低辐射环境中使用高灵敏度的粒子探测器来寻找暗物质粒子的痕迹。
2. 直接探测实验装置为了进行暗物质的直接探测，科学家们设计了各种探测装置。
其中，一个常用的方法是使用液体气体探测器。
这种探测器通常由一个大容器和一些填充其中的液体气体组成，如液体氦或氙。
当暗物质粒子穿过液体中时，它们会与气体原子碰撞，产生能量释放。
通过仔细观测和分析这些能量释放的特征，可以推断出是否存在暗物质粒子。
3. 暗物质探测的挑战然而，暗物质的直接探测实验也面临一些挑战。
首先，暗物质与普通物质的相互作用非常微弱，因此寻找暗物质信号需要极高的灵敏度和低噪声。
其次，暗物质的性质和组成仍然是一个谜。
科学家们只能根据现有的理论和模型对暗物质进行猜测，这增加了实验的复杂性。
4. 实验进展与发现尽管面临挑战，科学家们在暗物质探测实验方面取得了一些重要进展。
例如，国际上有许多暗物质直接探测实验项目，如位于中国的“蜥蜴岭实验”和位于美国的“LZ实验”。
这些实验通过不断提升设备灵敏度和降低噪声，希望能够捕捉到暗物质粒子的信号。
此外，科学家们通过长期观测和精确数据分析，发现了一些暗物质探测实验结果。
例如，DAMA/LIBRA实验观测到了一种周期性变化的信号，这被一些科学家解释为可能是暗物质粒子与普通物质发生散射的结果。
然而，这个解释仍然存在争议，并需要更多实验的确认和进一步研究。
5. 未来发展和展望对暗物质的直接探测是天体物理学和粒子物理学领域的重要任务。
浅谈暗物质的直接探测
测器 材料 ．
在暗 物质直 接探 测实验 中 ， 暗物质 与靶核 之 间发生 弹性 （ 或 非 弹性 ） 散射 ， 靶核 因此 获得 反 冲 能量 ． 通 过测 量靶 核 的反冲 能量可 获得 暗物质 的质量 以及 它与 不 同核子 间的散 射截 面 等各 项 物 理性 质． 在 暗 物质 与靶 核 的弹性 散射 过程 中 ， 探测 事例 率 Ｒ（ 单位 时 间内单 位探 测 器质 量 上探 测 到 的事 例数 ） 与靶 核 的 反 冲
通信作者 ： 徐 庆君 （ １ ９ ７ ４ ， 一） ， 女， 讲师， 博士 ， 主 要 从 事 粒 子 物理 方 面 的研 究 ． Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｘ ｕ ｑ ｉ ｎ ｇ ｊ ｕ ｎ ＠ｈ ｚ ｎ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
第 ６期
ｄ Ｒ
黄瑶 瑶 ， 等： 浅 谈 暗物质 的直接 探测
关 键词 ： 暗 物 质 直 接探 测 实 验 ； 反冲能量 ； 暗物 质 质 量 ； 弹性 散 射 截 面 ； 速 度 分 布 函数
中图分类号 ： ０ ５ ７ ２ 文献 标 志 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１ ６ ７ ４ — ２ ３ ２ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ — ０ ５ ２ ４ — ０ ４
射 的过 程． 为 了屏 蔽宇 宙射线 的干扰 信号 ， 直接 探测 暗物质 的实 验通 常在很 深 的地下实 验室 进行． 目前 ， 世 界各 国都在 积极地 开展 暗物 质实验 方面 的研 究 ． 中 国在 四川 Ｉ 锦屏 山建造 了锦屏 地 下 实验 室 （ Ｃ Ｊ Ｐ Ｉ ） ｌ １ ｊ ． 在
宇宙中暗物质的探测方法综述
宇宙中暗物质的探测方法综述暗物质是宇宙中占据主要成分的一种神秘物质，占宇宙总质量约27%。
尽管我们无法直接观测到它，但通过其对可见物质、光和宇宙大尺度结构的引力效应，科学家已逐步推测出它的存在。
了解暗物质不仅是现代物理学的重要问题，也关乎宇宙的起源与演化。
为了探测这种看不见的物质，科学界提出并发展了多种方法，每一种都有其独特的理论基础和技术手段。
本文将综述当前天文学和物理学领域中暗物质的探测方法。
一、暗物质的理论背景在详细探讨暗物质的探测方法之前，有必要理解暗物质的基本概念及其理论基础。
当前主流理论认为，暗物质并不与电磁力相互作用，因此它不会以任何形式发出、吸收或反射光。
这使得我们无法通过传统的光学观测方式直接“看到”暗物质。
1.1 暗物质存在的证据通过天体物理学中的多项观测，我们可以推断出暗物质的存在。
早期的证据包括：星系旋转曲线：观测表明，星系外围的恒星旋转速度与距离中心的位置关系并不符合牛顿引力定律预期，提示上面存在着大量未被观察到的物质。
引力透镜效应：当光线经过巨大质量体（如星系团）时会发生弯曲。
这一现象称为引力透镜，其效应可以用来推算存在的大量暗物质。
宇宙微波背景辐射：大爆炸之后遗留下来的微波辐射，如果考虑宇宙中各种成分，对其温度波动进行分析可以进一步揭示暗物质的分布。
二、主要探测方法2.1 直接探测直接探测暗物质主要是寻找与普通物质相互作用产生信号。
此类实验通常在地下、隔绝外界噪声以提高灵敏度。
超低温探测器：这类探测器利用极低温度下材料性质变化来捕捉导入的能量信号。
暗物质粒子撞击材料时可能会把部分能量传递给晶格，引起振动，从而产生可测信号。
液态氦或固体氙探测器：液态过程能够降低热噪声，对于能量高于一定阈值的撞击，可能会导致分子解离，并形成可被探测到的信号。
类型和标识使用：检测系统还可以通过增强对单一核子的冲击有效捕获微弱信号。
例如多种种类目标原子（氙、锗等）以最大化撞击概率。
2.2 间接探测间接探测则是通过寻找暗物质相互作用后产生的二次粒子（如高能伽马射线、正电子等）作为信号。
暗物质的研究
暗物质的研究暗物质是一种神秘的物质，它不会发射或吸收电磁辐射，因此无法被直接观测到。
虽然科学家们无法观测到暗物质，但是通过其引力效应，科学家们已经有一些证据来证明其存在。
事实上，暗物质占据宇宙总物质的大部分，因此了解它的性质和行为对于我们理解宇宙的形成和演化非常重要。
一、暗物质的搜索目前，科学家们正在尝试不同的方法来寻找暗物质。
最常见的方法是通过间接探测，这种方法通过检测暗物质与其他物质的湮灭过程来寻找暗物质的证据。
然而，这种方法需要大量的数据和对实验结果的精细分析，因此仍然需要时间和技术上的进步才能实现。
另一种方法是直接探测暗物质，这种方法通过测量暗物质颗粒与其他物质的相互作用来探测它们。
虽然这种方法更具直接性，并且已经取得了一些成功，但是暗物质颗粒的交互作用非常微弱，因此需要极度灵敏的仪器和探测器才能实现。
科学家们也在使用天文学观测来探测暗物质，例如通过观测星系和星系团的质量分布来确定宇宙中的暗物质分布情况。
虽然这种方法没有直接检测到暗物质，但是通过观测宇宙的大尺度结构可以推断它的存在和分布情况。
二、暗物质的性质科学家们对暗物质的性质还知之甚少，事实上，暗物质可能是多种类型的物质，而不是一种单一的物质。
然而，科学家们已经通过天文学观测和实验数据推论出了一些关于暗物质的性质。
首先，暗物质与普通物质的叠加效应是非常弱的，这意味着暗物质几乎不与普通物质相互作用，因此可能存在于广阔的空间中，而不会聚集在星系和星系团等物质集中体中。
其次，暗物质颗粒很可能比普通物质粒子小，这使得其交互作用更加微弱，也更难以寻找。
最后，暗物质很可能是一种新的基本粒子，这种粒子可能与弱相互作用相联系，这意味着它与其他粒子的交互作用非常微弱。
三、暗物质在宇宙中的作用虽然我们无法直接观测到暗物质，但是我们可以通过它们的引力作用来推论它们在宇宙中的分布。
事实上，暗物质占据多数，它们的作用在宇宙的演化历程中起着至关重要的作用。
首先，暗物质通过不存在的物理作用，掌握了宇宙结构的演进。
科学家们如何探寻宇宙黑暗物质的秘密
科学家们如何探寻宇宙黑暗物质的秘密宇宙黑暗物质，是一种神秘的存在，科学家们已经证实它的存在，但是对于它的本质特性却存在很多猜测和假设。
黑暗物质的探秘，是目前宇宙研究的重要领域之一，下面我将介绍科学家们如何探寻宇宙黑暗物质的秘密。
一、黑暗物质的探测方式当前黑暗物质的探测主要分为直接探测和间接探测两种方式。
直接探测：主要通过黑暗物质与原子核发生散射反应，从散射事件中得到黑暗物质的存在证据。
例如，LUX实验采用极低温度、极高纯度的液态氦和液态氖，以探测宇宙黑暗物质的粒子，该实验在2016年宣布有黑暗物质的探测信号。
间接探测：主要通过黑暗物质粒子与其他粒子碰撞产生次级粒子，从次级粒子中得到黑暗物质的存在证据。
例如，Fermi卫星探测到了暗物质可能造成的伽玛射线云。
二、黑暗物质可能的组成科学家对于黑暗物质的组成有多种假设，其中最被广泛接受的是“冷暗物质粒子假说”（Cold Dark Matter, CDM），即黑暗物质主要由一类稳定、中性、弱相互作用的粒子组成，它们大多数情况下不参与强相互作用和电磁相互作用。
三、黑暗物质的天文观测天文观测也是黑暗物质探秘过程中的一种重要研究方法。
例如，超大型天文望远镜（Large Synoptic Survey Telescope，LSST）将在摄像机、探测器和数据处理技术等方面具有卓越的能力，它将持续观测10年，以观测宇宙演化、黑暗能量和黑暗物质，并从中发现新的天体和粒子性质。
四、黑暗物质探索的前沿科学随着科技的不断发展，黑暗物质探索也面临着新的机遇和挑战，科学家们提出了一些前沿科学理论。
1. 弦理论和暗物质弦理论是物理学中一个重要的研究方向，它认为所有的物质都是由微小的弦构成，这些弦质量非常小，从而解决了传统粒子理论中不能得出暗物质的矛盾之处。
2. 中性不稳定轻子（Unstable neutral leptons，UNL）UNL是由目前的科学家提出的一种具有黑暗物质特征的粒子，它们与通常的物质相互作用很小，因此造成非常小的能量和动量变化，难以直接探测到。
如何探测暗物质
太空课堂直接探测◎文 中国科学院国家天文台 郭红锋10暗物质真的“看不见”吗？目前科学家对暗物质的研究有哪些进展呢？原来，暗物质的所谓“看不见”，不单单是说用我们的肉眼在可见光波段看不见，而是说不论人们探测什么波段的电磁波，比如红外线、紫外线、X射线、伽马射线等，都看不到它。
不过，虽然暗物质粒子与常规物质仅有微弱的相互作用，暗物质粒子也有可能被精密的实验仪器探测到。
目前科学家采用的探测手段可以分为3类：一是探测暗物质粒子直接与探测器中的物质发生相互作用，称为“直接探测”；二是寻找宇宙中暗物质自身衰变或湮灭产生普通物质的信号，称为“间接探测”；三是探寻粒子对撞机中人为产生的暗物质粒子，称为“加速器探测”。
扫描二维码看科学家探索暗物质如果暗物质是由微观粒子构成的，那么每时每刻都应该有大量的暗物质粒子穿过地球。
如果其中1个粒子撞击了探测器物质中的原子核，那么探测器就能检测到原子核能量的变化并通过分析撞击的性质了解暗物质属性。
然而，对于弱相互作用重粒子来说，由于它们与普通物质之间的相互作用极其微弱，被探测器捕捉到的概率也十分微弱。
为了最大限度地屏蔽其他种类宇宙射线的干扰，暗物质直接探测实验往往在地下深处进行。
目前，全世界有数十个暗物质探测实验在进行，包括一些暗物质地下实验。
其中，位于我国四川的锦屏暗物质地下实验室，作为世界上埋深最大的暗物质地下实验室，具有得天独厚的优势。
. All Rights Reserved.间接探测加速器探测最后一种寻找暗物质的方法是在实验室里产生暗物质粒子。
在高能粒子对撞实验中，会有尚未被发现的粒子包括暗物质粒子产生出来。
如果对撞产生了暗物质粒子，由于其难以被探测器直接检测到，会导致被探测器检测到的对撞产物粒子的总能量和动量出现丢失的现象，这是产生了不可见粒子的一个特征。
或间接的探测手段，就可以帮助科学家确定对撞机中产生的粒子是否为暗物质粒子。
既然在银河系中存在着大量的暗物质粒子，那么应该可以探测到它们湮灭或衰变所产生的常规基本粒子。
寻找暗物质的最新实验进展
寻找暗物质的最新实验进展暗物质是宇宙中一种神秘的物质，尽管占据了宇宙总质量的约27%，但至今我们还未能直接观测到它。
关于暗物质的研究源远流长，科学家们通过多种实验手段和理论模型试图寻找它的踪迹。
本文将从多个方面探讨寻找暗物质的最新实验进展，包括实验背景、当前的实验方法、取得的成果以及未来的研究方向。
一、暗物质的基础概念在深入讨论实验进展之前，我们首先需要了解什么是暗物质。
暗物质并不是一种普通的物质，它无法通过光子与电磁波相互作用，因此不可见。
尽管无法直接探测，暗物质的存在是通过其对可见物质引力效应来推测的。
例如，星系的旋转速度以及宇宙微波背景辐射等现象，都指向暗物质的存在。
二、暗物质的候选者科学家们提出了多种可能构成暗物质的候选者，其中最有前景的包括： 1. 弱相互作用大质量粒子（WIMPs）：这是目前广泛接受的一种暗物质候选者，它们通过弱相互作用与普通物质相互作用。
2. 轴子：这种假设粒子具有极小的质量，并且与电磁场和引力场相互作用非常微弱。
3. 超对称粒子：根据超对称理论，普通粒子都有对应的超对称粒子，这些粒子也被认为可能是暗物质的一部分。
三、当前实验方法在寻找暗物质方面，科研界主要采用了几种不同的实验方法。
这些方法可以大致分为直接探测和间接探测两大类。
1. 直接探测直接探测实验旨在探测暗物质粒子与普通物质发生碰撞所产生的信号。
近年来，一些著名的直接探测实验包括： - LUX-ZEPLIN（LZ）实验：位于美国南达科他州，这个实验使用超纯液体氙作为探测介质。
它旨在通过捕捉WIMP与氙原子核碰撞产生的光子和电子信号来寻找暗物质。
- XENONnT实验：这是一个安装在意大利地下的大型液态氙探测器，其目标同样是通过检测微小能量释放来寻找可能存在的暗物质粒子。
这些实验通常都会选择地下深处的位置，以减少来自地球表面的背景噪声和辐射干扰。
2. 间接探测间接探测旨在观察暗物质粒子消亡或相互作用时所产生的产物，例如伽马射线、宇宙射线等。
暗物质粒子直接探测实验方案
暗物质粒子直接探测实验方案随着科学技术的进步和研究的深入，人们对暗物质的研究越来越重视。
暗物质是一种神秘的物质，不发光、不能与电磁波相互作用，因而对其进行研究具有一定的困难性。
为了探测暗物质粒子，科学家们设计了各种实验方案。
本文将介绍一种可行的暗物质粒子直接探测实验方案，并详细阐述其原理和步骤。
一、实验原理暗物质粒子直接探测实验的基本原理是利用暗物质粒子与普通物质粒子之间的相互作用来间接观测和探测暗物质。
根据暗物质粒子与普通物质粒子的相互作用方式的不同，科学家们提出了多种实验方案。
二、实验步骤1. 样本准备在实验之前，首先需要准备一定数量的暗物质样本。
这些样本可以是所研究的特定暗物质粒子，也可以是暗物质粒子的模拟物质。
样本的纯度和稳定性对实验结果具有重要影响，因此需要经过严格的筛选和处理。
2. 暗物质与普通物质的相互作用观测将准备好的样本放置于实验仪器中，观测暗物质粒子与普通物质粒子之间的相互作用现象。
这些相互作用可以是暗物质粒子与普通物质粒子碰撞引起的粒子散射效应，也可以是暗物质粒子与普通物质粒子之间的能量传递。
3. 数据分析与结果判读通过对实验过程中观测到的数据进行分析，科学家们可以获得有关暗物质粒子性质和相互作用方式的重要信息。
根据实验结果，可以判断样本中是否存在暗物质粒子，并进一步研究其物理性质。
三、实验设备1. 暗物质探测装置暗物质直接探测的装置通常由以下几部分组成：暗物质探测器、能量测量系统、位置测量系统和数据采集与处理系统等。
其中，暗物质探测器是实验的核心部分，其设计和性能直接影响实验结果的准确性。
2. 辐射屏蔽和背景噪音抑制装置由于暗物质粒子的能量非常微弱，实验过程中需要排除外界的辐射干扰和背景噪音。
为此，实验中常采用辐射屏蔽材料和信号放大器等装置，以提高暗物质信号的检测精度。
3.数据采集与处理系统实验过程中所产生的大量数据需要通过数据采集与处理系统进行收集、分析和存储，以便科学家们进一步分析和研究。
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直接探测暗物质马欣华一、为什么相信有暗物质存在？“暗物质”这个名字听起来有些神秘（其实还有听起来更神秘的“暗能量”，这超出了本文的范围。
暗物质、暗能量并称为漂浮在当代物理学及天文学上空的两朵乌云）。
从字面上来看，和暗物质对应的应该是“明物质”吧。
虽然还没有人这么叫，但是其实“明物质”是对已知物质形态的一个很简单明了的形容，因为已知物质是由已知的基本粒子——夸克、轻子及其相互作用媒介子（包括光子、胶子、Z 0、W±以及尚未发现的引力子）——所构成的，这些基本粒子参与（或部分参与）四大相互作用——万有引力作用、电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用，比如能发光或者发电，或者作用、衰变后的次级粒子能发光发电。
光、电即电磁波和电流，实际是从宏观角度上说的，现代的探测器归根到底都是测光信号、电信号以及信号组成的径迹。
这样，这些物质就都在“明”处了，即人们能在实验室里用探测器（当然是由“明物质”构成的）探测到其存在或者曾经存在，这就是现代物理学的实验基石。
大家可以想出一些例子，比如居里夫妇发现放射性元素，卢瑟福测出原子结构，LEP精确测量Z0、W±质量等。
而暗物质不同，它不是在实验室里对微观世界进行研究时产生的概念，而是来自于天文学观测这一宏观领域，由兹维基（F. Zwicky）早在70多年前就提出了。
这似乎又回到了牛顿时代，牛顿正是从前人对太阳系活动的观测结果中发现万有引力定律的。
出个最基本的大学普通物理习题吧（做个积分马上见分晓）：在万有引力作用下，如果星系的质量大部分都集中在星系中心，那么一颗位于星系中心以外的恒星绕中心旋转的速度随恒星到中心的距离如何变化（所谓旋转曲线）？而如果星系的质量分散在整个星系，换句话说，这颗恒星穿行在一个质量球中，那么速度和距离的关系又是怎样呢？对恒星速度的观测表明，星系的质量并不集中在星系中心这一星系中最亮的、也就是说恒星最多的地方，而是分散在整个星系晕中，这就说明了星系中大部分质量是“暗”的。
还不仅仅是这一个证据，对星系、星系团、引力透镜、宇宙大尺度结构的观测结果都表明，宇宙中大部分物质是暗物质。
（不过还有另外的一个思路来解释这些天文现象，就是修改引力理论，即MOND，本文暂不涉及这方面。
）天文观测表明，暗物质有质量，至少参与引力相互作用，不参与电磁作用和强相互作用，可能有弱的相互作用（与四大相互作用中的弱相互作用并不相同），而且暗物质不是重子物质。
到目前为止，人们所了解的暗物质的性能特点就这些了，而且暗物质参与的作用如此之弱以至于很难观测到，这就给予理论以弹性很大的想象与发挥空间。
理论预言的暗物质粒子类型让人眼花缭乱，不仅质量可轻可重，而且还可热可温可冷，即运动速度可以是相对论的、近相对论的或者非相对论的。
热暗物质的候选者是中微子；温暗物质的候选者是sterile neu-trinos、gravitinos和axino；冷暗物质的候选者是超对称模型预言的neutralino、轴子、类轴子粒子。
二、怎样才能捉到暗物质？既然暗物质粒子作用如此之弱，那么还有可能抓到它吗？物理学家的信念是：暗物质粒子肯定不是孤家寡人，而是一定会和周围已知粒子发生作用，并且暗物质粒子的存在能够在已知粒子的存在、变化形态上反映出来，作用再弱也一定能够被观测到。
更进一步的，物理学家相信可以用费曼图描述相互作用，如图1所示，暗物质粒子可以和已知粒子产生未知的相互作用，三个箭头代表三种可能的反应过程：1. 两个已知粒子碰撞产生两个暗物质粒子（向左箭头）。
这可以在对撞机实验上产生。
目前全世界最大的对撞机LHC的一个重要物理目标就是希望在高能质子对撞产生的次级粒子中找到暗物质。
2. 两个暗物质粒子湮灭产生两个已知粒子，比如γ、正电子、反质子（向右箭头）。
高空气球实验、卫星实验对各种宇宙线成分的能谱进行观测，查看是否有无法解释的对本底的超出，这种观测方式被称为暗物质的间接探测。
·30 ·现代物理知识图1 理论预言的暗物质粒子参与的作用过程以及相对应的实验方式3. 一个暗物质粒子和一个已知粒子碰撞产生另一个暗物质粒子和另一个已知粒子（向下箭头）。
这里已知粒子可以是原子核、电子等。
以暗物质粒子与原子核碰撞引起的核反冲为例，如果碰撞前后的粒子相同，那么碰撞就是弹性散射。
进一步说，如果暗物质粒子不带自旋，则碰撞为自旋无关弹性散射，这时与暗物质粒子质量相近的原子核的反冲能最高（出一个中学物理题吧：动能相同的乒乓球、篮球和网球分别和一个静止的网球发生弹性正碰，哪种情况下被撞的网球获得的动能最大？)；如果暗物质粒子带自旋（想象一下贝克汉姆罚任意球时踢出的旋转球，当然这里的自旋是量子力学概念），则碰撞为自旋相关弹性散射，这时自旋因子最大的原子核的反冲能最高。
如果碰撞后产生的粒子不是原初的粒子了，那么碰撞就是非弹性散射。
除了核反冲，电子反冲也是有可能发生的，而且可能伴随一些电磁辐射。
对这些反应的观测被称为暗物质的直接探测。
本文重点介绍暗物质的直接观测。
三、怎样“直接”探测暗物质？暗物质作用既然如此弱，那么它作用产生的信号就很容易被已知粒子产生的信号（称为本底）所覆盖。
最严重的本底是宇宙线（即来自太空的射线，及其与大气层原子核作用后产生的成千上万的次级粒子簇射），而为了屏蔽掉宇宙线本底就只能往地下去，这样大量的宇宙线就被土石吸收（屏蔽）掉了。
世界上已建的和新建的地下实验室有十几家，已建的如意大利的格兰萨索国家深层地下实验室（LNGS，1500m深），新建的如中国四川境内的锦屏地下实验室(2500m深)。
那么到了地下是不是就够了？还不够，地下还有各种辐射，比如岩石中的放射性同位素产生的辐射，实验室空气中的氡气产生的辐射等，因此还要搭建屏蔽室，比如位于LNGS 的中国、意大利合作DAMA实验装置（图2（a））：在中间的方形探测器阵列之外，由内到外依次是铜砖，铅砖，镉板，聚乙烯/石蜡板块。
这些都封闭在一个树脂玻璃箱中，实验室被厚约1m的混凝土完全包围，而且充满氮气，将探测器与外界空气相隔离。
因此工作人员在操作时都要穿上防护衣以减少污染，并且必须戴上氧气罩以防止在充满氮气的环境下产生缺氧的危险（图2（b））。
图2 (a) DAMA探测器结构图。
中间是方形的探测器阵列。
四根立柱承载标定用放射源。
(b) 工作人员在安装探测器，已经把铜砖和铅砖摞好好了，前面已经铺垫得差不多了，下面进入本文的核心：形式各异的探测器。
大家都知道，物理学包括力、热、声、光、电，物质形态包括固体（包括晶体，晶体又包括闪烁晶体、半导体晶体）、液体、气体，而在暗物质直接探测实验中，这些物理上能用来测弱信号的手段几乎全用上了，而且无所不用其极。
在本文中，“力”特指万有引力，在上文的天文学观测中已经提及，恐怕直接探测很难；“热”和“声”并在一起，两者本质是一样的；“光”特指闪23卷第6期(总138期) ·31··32 · 现代物理知识烁荧光；“电”指电离。
这就形成了图3中的三角形，暗物质直接探测实验都是以其中一项或者两项为探测信号的。
图3中所列的这34家实验中（可能还有漏掉的，抱歉），有的已经结束，有的刚刚开始，有的已经坚持了十几年，并且在不断更新技术，增大规模。
由于篇幅所限，本文不可能对所有的实验都一一涉及，只能分别记述几种探测方法，再相应的挑出几家具有代表性的实验来简要介绍一下。
（如果读者想到了一个这里没有列出的测弱信号的方法，那就有可能成为一个新的暗物质直接探测方法!）1. 光只测量光信号的实验分为两类：闪烁晶体实验和惰性液体实验。
闪烁晶体实验的代表就是前面已经提及的中国、意大利合作DAMA 实验。
说起来原理很简单，就是观测暗物质粒子穿过碘化钠（掺铊）晶体时所发出的闪烁光，是用光电倍增管将闪烁光转化成电信号而记录下来的。
DAMA 在降低碘化钠（掺铊）晶体探测器中的剩余污染方面做了长期坚持不懈的工作，积累了大量经验，才得到了世界上放射性本底最低的晶体，已经实现了超低放射性本底<1ppt ，ppt 的意思是10－12g/g ，也就是说一百万吨晶体里只有1克放射性本底！而且，碘化钠（掺铊）晶体在许多方面占有竞争优势：可以有效地观测第二节中提到的所有的暗物质直接探测信号；既对重质量暗物质敏感（碘原子核重），又对轻质量暗物质敏感（钠核轻）；既对自旋无关弹性散射敏感（碘），又对自旋相关弹性散射敏感（钠自旋因子大），同时还可以测非弹性散射；具有高光产额的特性，高光产额和高放射性纯度保证了探测阈能（能测量的最低能量）能够低至2 keVee （ee 代表等效电子）；探测器阵列能够达到较大的规模。
目前DAMA 采用的晶体阵列已经达到250 kg ，而且具有好的长期稳定性，能够多年连续、安全、可靠地运行。
DAMA 实验使用高放射性纯度的碘化钠（掺铊）闪烁晶体作为靶探测器，可以研究广泛的暗物质候选者，多样的相互作用类型以及多种天体物理参量。
有的实验选择了其他的闪烁晶体，比如中国、韩国合作KIMS 实验采用碘化铯（掺铊），目标集中在对自旋无关的重质量暗物质的核反冲的探测（碘、铯都很重）；日本ELEGANT VI/CANDLES 实验采用氟化钙(前者是掺铕的氟化钙，后者是纯的氟化钙)，目标集中在对自旋相关的核反冲的探测，因为氟是自旋因子最大的一个原子核。
中国科学院高能物理研究所正在研究一个大型晶体探测阵列方案（图4），其中间的晶体探测阵列是泡在自身不产生闪烁图3 直接探测暗物质方法和实验汇总椭圆框内是暗物质在靶物质中产生的信号类型。
方框内中文是探测器材料或者探测方法，英文是相关实验光的液体中，这样晶体探测阵列以外的放射本底就被隔开了。
上述做法称作被动屏蔽，即把放射性本底挡在探测器之外；还可以做主动屏蔽，也就是说即使有放射性本底进来了，也可以把它们排除掉。
图4中外围是纯净水，起主动屏蔽的作用，这样探测阵列以外来的放射性本底在水中就会产生光信号从而被区分出来。
该方案的另一个优点是可以灵活替换晶体用于不同的暗物质模型的研究。
惰性液体实验在“光+电离”一节一并提及。
图4 一个大型晶体探测阵列方案2. 光+电离同时测量光信号和电离信号的实验主要用惰性液体。
在常温下惰性元素状态都是气体，因此就必须在低温环境下得到惰性液体。
惰性液体的好处是核反冲既能够产生荧光，又能够产生电离电子。
如果探测器只有惰性液体，那么就只测荧光（第1节）。
如果探测器中惰性材料为气液两相，那么既能够测量荧光，又能够测量电离电子。
比如上海交通大学的液氙实验PANDAX（图5（a）），核反冲产生的荧光被下面的光电倍增管接收，电子则在时间投影室（TPC）产生的强电场中加速而从液氙漂移到气氙中，在气氙中发出的光被上面的光电倍增管接收。