暗物質(zhì)能在地球上找到嗎 新研究稱(chēng)可能

暗物質(zhì)可能不會(huì)發(fā)出任何光或輻射，但我們或許能夠看到它在地球上粉碎成原子。

暗物質(zhì)占宇宙所有物質(zhì)的85%，但天文學(xué)家從未見(jiàn)過(guò)它。這個(gè)神秘事物的本質(zhì)在很大程度上仍然是未知的。

我們稱(chēng)之為暗物質(zhì)的物質(zhì)不發(fā)出光、熱、無(wú)線(xiàn)電波或任何其他形式的電磁輻射。但是，天文學(xué)家和物理學(xué)家知道一些事情(很多事情)是存在的。如果沒(méi)有暗物質(zhì)，星系就會(huì)分裂，星系團(tuán)就會(huì)飛成碎片。暗物質(zhì)和“正?！蔽镔|(zhì)之間的引力聯(lián)系是它最初被發(fā)現(xiàn)的方式。

暗物質(zhì)看得見(jiàn)嗎?其中一個(gè)探測(cè)器使用了這些內(nèi)部帶有金色的白色探測(cè)器，看起來(lái)像軌道照明。

暗物質(zhì)也可以與原子核中的質(zhì)子和中子相互作用，產(chǎn)生被稱(chēng)為散射的閃光(和其他信號(hào))。這類(lèi)似于兩個(gè)人在一個(gè)完全黑暗的房間里走來(lái)走去。雖然看不見(jiàn)對(duì)方，但當(dāng)對(duì)方的腳趾頭撞到桌角時(shí)，參與者可以聽(tīng)到對(duì)方的聲音。

現(xiàn)在，一項(xiàng)新的研究建議使用這種現(xiàn)象來(lái)探測(cè)暗物質(zhì)，因?yàn)樵谌蛞呀?jīng)投入使用的探測(cè)器中，暗物質(zhì)與“正常”物質(zhì)相互作用。

勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Berkeley Lab/LBL)和加州大學(xué)伯克利分校的研究人員提議尋找物質(zhì)和原子核之間的相互作用。它們可以導(dǎo)致帶負(fù)電荷的電子或中微子(基本粒子，不帶電荷，幾乎沒(méi)有質(zhì)量)的釋放。

在上面的視頻中，麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家珍妮特·康拉德解釋了到目前為止我們對(duì)中微子的了解，以及為什么它們?nèi)绱穗y以探測(cè)。

中微子就像幽靈粒子一樣，很容易穿過(guò)物質(zhì)，因?yàn)樗鼈儾粩嗟貜囊环N形式變成另一種形式。每一秒鐘，數(shù)以萬(wàn)億計(jì)的中微子穿過(guò)你的身體，而不與構(gòu)成你的物質(zhì)發(fā)生作用。

這些粒子最早是在1930年由物理學(xué)家沃爾夫?qū)づ堇岢龅?，基于他?duì)放射性衰變的理論研究。他最初想把這種帶中性電荷的粒子稱(chēng)為中子，但沒(méi)有發(fā)表他的建議。這個(gè)名字很快就被我們現(xiàn)在稱(chēng)為中子的粒子的發(fā)現(xiàn)所取代。

泡利很快就確定了他提出的粒子的名字——中微子，意為“小中性粒子”。這些物質(zhì)的組成部分在1956年的實(shí)驗(yàn)中首次被發(fā)現(xiàn)。

一些關(guān)于暗物質(zhì)性質(zhì)的理論已經(jīng)被提出，其中一個(gè)主要的候選者是WIMP(弱相互作用的大質(zhì)量粒子)。這些假定的粒子只會(huì)通過(guò)重力和驅(qū)動(dòng)某些形式的放射性衰變的弱力相互作用。

WIMP粒子似乎與標(biāo)準(zhǔn)模型(幫助預(yù)測(cè)亞原子粒子大規(guī)模行為的一套方程和理論)兼容。

然而，到目前為止，對(duì)弱相互作用大質(zhì)量粒子的研究已被證明是徒勞的，這促使研究人員提出其他方法來(lái)解釋暗物質(zhì)的影響。

伯克利實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員杰夫·德羅(jeff Dror)表示:“WIMP范式很容易構(gòu)建到標(biāo)準(zhǔn)模型中，但我們已經(jīng)很長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有找到它了?！?/p>

研究人員認(rèn)為，對(duì)粒子加速器已經(jīng)收集到的數(shù)據(jù)的一項(xiàng)新分析可能揭示暗物質(zhì)的存在。

在所有已知的粒子中，只有中微子具有超凡的特性，既引人注目又充滿(mǎn)浪漫色彩，足以讓約翰·厄普代克(John Updike)寫(xiě)下一首詩(shī)，也足以讓科學(xué)家們?cè)诘叵律钐幑ぷ?0年，建造出巨大的科幻裝置，來(lái)揭開(kāi)它們的神秘面紗。——?jiǎng)趥愃埂·克勞斯

有助于解釋暗物質(zhì)影響的一種可能是迄今為止尚未發(fā)現(xiàn)的粒子，如惰性中微子，它只通過(guò)引力與其他物質(zhì)相互作用。

“這將使它們比復(fù)雜的‘常規(guī)’中微子更難被發(fā)現(xiàn)?！币κ撬辛χ凶钊醯模抑形⒆臃浅］p——所以它們沒(méi)有多少引力可以利用。費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的研究人員解釋說(shuō):“在宇宙的混沌中尋找微小的信號(hào)將是困難的，但并非不可能?！?/p>

在上面的視頻中，LZ探測(cè)器內(nèi)部探測(cè)器安裝的延時(shí)照片。這個(gè)儀器在退役前將保持密封5年。

研究人員將目光放在了暗物質(zhì)和普通物質(zhì)之間的兩種相互作用上。

在第一個(gè)過(guò)程中，即中性電流過(guò)程中，暗物質(zhì)粒子與構(gòu)成儀器中原子的亞原子粒子相互作用。

研究人員在發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上的一篇文章中寫(xiě)道:“尋找散射，就是尋找一個(gè)DM粒子將其動(dòng)能儲(chǔ)存在探測(cè)器內(nèi)的目標(biāo)上，通常是一個(gè)原子核或一個(gè)電子?！?/p>

這些相互作用的第二類(lèi)是帶電電流研究，其中反沖伴隨著電子的釋放。這些帶電的相互作用也能產(chǎn)生反應(yīng)的多米諾骨牌效應(yīng)，導(dǎo)致粒子從原子中的原子核中釋放出來(lái)。

設(shè)計(jì)用來(lái)尋找這些信號(hào)的探測(cè)器需要非常敏感，幾乎沒(méi)有背景“噪音”。

luxz - zeplin (LZ)項(xiàng)目旨在利用放置在南達(dá)科塔州一個(gè)廢棄礦井中的暗物質(zhì)探測(cè)器來(lái)發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)。儀器內(nèi)部裝有10公噸(11噸)液態(tài)氙。

研究人員認(rèn)為，其他氙基中微子探測(cè)器收集的數(shù)據(jù)可以用來(lái)尋找暗物質(zhì)存在的證據(jù)。

“數(shù)據(jù)基本上已經(jīng)在那里了。這只是一個(gè)觀(guān)察的問(wèn)題，”Dror說(shuō)。

中微子撞擊原子核內(nèi)的質(zhì)子或中子所產(chǎn)生的信號(hào)是可以預(yù)測(cè)的。研究人員認(rèn)為，探測(cè)這些信號(hào)，如果它們出現(xiàn)，可能比直接探測(cè)暗物質(zhì)存在的其他方法更容易。

該研究中心的團(tuán)隊(duì)正積極與其他研究人員合作，這些研究人員可能已經(jīng)收集了驗(yàn)證這一想法所需的數(shù)據(jù)。

這項(xiàng)研究中描述的這些技術(shù)可能為尋找能量比目前技術(shù)允許的大數(shù)千倍的暗物質(zhì)粒子開(kāi)辟新的道路。