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暗物质究竟要怎么找?科学家再次构思出寻找暗物质的新方式

作者: 发布时间:2020-06-19

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自上世纪80年代以来,为了寻觅构成暗物质的粒子,研讨人员一直在进行试验。暗物质是一种遍及银河系和世界的不行见物质,因为不行见所以被称为暗物质,它构成了咱们世界中超越80%的物质。科学家们现已屡次证明暗物质会经过引力影响一般物质。科学家们知道暗物质就在那,但不知道它是什么。

因而,在理论物理学教授Kathryn Zurek的带领下,加州理工学院的研讨人员重新研讨新的主意。他们一直在研讨暗物质由“隐区”粒子("hidden sector" particles)组成的或许性,这些粒子比之前提出的粒子要更轻,理论上能够经过小型地下桌面设备被发现。相比之下,科学家们现在正在寻觅被称为弱互相效果大质量粒子(WIMPs),这种暗物质候选粒子要更重。他们运用大型试验来寻觅WIMPs,比方在意大利的一个地下7万加仑水箱中装置的XENON。

Zurek在十多年前初次提出了隐区粒子,在粒子物理学中,隐区(hidden sector),也被称为“暗区”(dark sector),是没有观测到的量子场及其相应的假定粒子的设想调集。Zurek说:“暗物质总是穿过咱们的身体,即便在这个房间里也不破例。当咱们绕着星系中心移动时,这种安稳的暗物质风通常会被忽视。但咱们依然能够运用这种暗物质来历,而且规划新的办法来寻觅暗物质风和勘探器之间的稀有互相效果。”

在《物理谈论快报》(Physical Review Letters)承受宣布的一篇新论文中,物理学家们概述了怎么经过一种被称为磁振子(magnon)的准粒子来勘探较轻的暗物质粒子。准粒子是一种突现现象,当固体体现得如同含有弱互相效果的粒子时,就会呈现准粒子。而磁振子是电子自旋(它的效果类似于小磁铁)被团体激起的一种准粒子。在研讨人员的桌面试验主意中,研讨人员将会用一种磁性晶体资料来寻觅由暗物质发生的激起磁振子痕迹。

加州理工学院的博士后、研讨作者Zhengkang (Kevin)表明“假如暗物质粒子比质子轻,那么用传统办法勘探它们的信号就会变得十分困难。”可是,依据许多杰出的模型,特别是那些触及隐区的模型,暗物质粒子能够与电子的自旋偶联,这样的话一旦它们击中资料,它们将会诱导自旋激起,或称磁振子。假如咱们经过转移到地下的冷却设备来下降布景噪音,咱们就有望勘探到仅由暗物质而非一般物质发生的磁振子。”

这样的试验现在还只停留在理论上的,但终究或许会运用埋在地下的小型设备来进行,比方在矿井中,这样来自其他粒子(比方世界射线中的粒子)的外部影响就能够降到最小。

这些桌面试验中发现暗物质的一个痕迹便是信号会跟着时刻的改变而改变。这是因为用于检测暗物质的磁晶体能够是各向异性的,这意味着依照原子天然摆放的办法,当暗物质从特定的方向与原子互相效果的时分它们的互相效果会愈加激烈。

Zhang说:“当地球穿过银河系的暗物质晕时,它会感觉到暗物质风从行星运动的方向吹过来。一个固定在地球上某个方位的勘探器会跟着行星旋转,所以暗物质风在一天的不同时刻点上会从不同方向碰击它,有时从上方,有时从旁边面。”

“例如,在白日,当暗物质从上方而不是从旁边面来的时分,你或许会有更高的勘探率。假如你看到了这个现象,那将会是十分壮丽的现象,也将会是你看到了暗物质的有力依据。”

关于暗物质怎么暴露本身,除了经过磁振子之外,研讨人员还有其他主意。他们提出能够经过光子和另一种叫作声子的准粒子来勘探较轻的暗物质粒子,声子是由晶格中的振荡引起的。根据光子和声子的开始试验正在加州大学伯克利分校进行,在Zurek于2019年参加加州理工学院之前,该团队就现已在这里工作了。研讨人员说,运用多种战略来寻觅暗物质具有重要意义,因为它们能够互相弥补,有助于承认互相的成果。

Zhang说:“咱们正在寻觅寻觅暗物质的新办法,因为咱们对暗物质实在是知之甚少,一切的或许性都值得咱们考虑。”

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料:https://phys.org/news/2020-06-ideas-dark.html