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美国在废弃金矿探测暗物质

2018-04-10 10:52:30  环球网    参与评论()人

在意大利大索萨山底,在美国南达科他州的废弃金矿下,在中国四川锦屏山地下隧道里,数以吨计的液氙一直在等待与暗物质粒子进行一次“电光石火”的碰撞。但近几年来相关实验进展依旧沉寂,科学家们开始更多地考虑另一种可能性:如果暗物质粒子质量更小,相互作用更弱,无法通过碰撞探测到呢?

北京时间4月9日晚间,美国能源部费米国家实验室和华盛顿大学发表在《物理评论快报》上的一篇论文宣布,其联合运作的轴子暗物质实验(ADME)在国际上首次达到了探测暗物质理论预测模型轴子(axion)的精度要求。

《物理评论快报》是物理领域的国际顶级期刊。2016年引力波成功探测的成果,正是发表在该期刊上。

这意味着人类为捕捉暗物质粒子开辟了新的战场。目前,这个位于西雅图的实验装置公布了首批探测结果,为轴子可能隐藏的区间做出了更精确的限定。在未来几年,科学家们将启动大规模的搜寻。

“这个结果标志着我们真正启动对了对轴子的猎捕”,实验运行主管Andrew Sonnenschein表示,“如果暗物质轴子在我们搜寻的频率区间内,那找到它只是时间问题。”

实验首席科学家Leslie Rosenberg也充满信心:“技术足够了。我们不再需要奇迹了,我们只需要时间。”

看不见但感受得到的暗物质

尽管暗物质粒子参与电磁相互作用,无法被“看”到,但它们的存在切切实实地影响到了可见物质的运动,从星系到宇宙学尺度上的观测均可验证。

比如,我们所在的太阳系围绕银河系中心旋转的实际速度,明显快于基于牛顿引力定律的计算结果。这意味着,银河系中存在大量不可见的神秘物质提供了额外的引力。若非如此,太阳系早该被“甩”出去才是。

从1980年代开始,暗物质开始为主流学界所承认。暗物质粒子能产生引力,不参与电磁相互作用,这是人类对这种神秘物质的全部认知。针对更进一步的细节,科学家们提出了不同的理论预测模型,其中弱相互作用大质量粒子(WIMP)和轴子(axion)是最为主流的两种。

WIMP假设暗物质粒子参与引力和弱核力,质量相对较大。根据计算预测,每分每秒都有无数暗物质粒子穿透地球,因此,文章开头所说的几个地下WIMPs探测实验,即欧洲XENON实验、美国LUX实验和上海交通大学PandaX实验,均采用了守株待兔的策略进行直接探测。一旦WIMPs与数吨液氙原子中的一个发生了碰撞,其冲能就会转化为光电信号,被探测器中灵敏的光电管记录下来。实验室设立在千米深的地下,是为了更好地屏蔽外界的噪音。

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