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用一个由数十亿个小摆锤组成的仪器监测暗物质


  来源: 西贝网 时间:2020-10-20 编辑:仪器仪表WXF
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据外媒报道,尽管已经寻找了几十年,科学家们到目前为止仍还没有发现任何确定的暗物质迹象。但一种使用了数十亿个微小摆锤阵列的新探测器设计最终可以通过寻找暗物质强大引力效应来打破沉默。我们知道,质量和重力是密不可分的。一个物体的质量越大它的引力就越强。这就是大家首先要知道的有关暗物质存在的原因,然而几十年的天文观测表明仍没有足够的可见质量来解释我们人类所能看到的引力效应。


用一个由数十亿个小摆锤组成的仪器监测暗物质


由于暗物质不会发射、不会反射也不以任何方式跟光相互作用,所以截止到目前它逃脱了来自人类的直接探测,但这其中却不乏尝试。其中一种主要的搜寻方法是使用了一个装满探测器液体如氙、超流氦或过冷水的大容器,然后等待一个可能只意味着暗物质粒子跟容器中的原子碰撞的反应。


其他的实验则集中在对电磁干扰的探测上,这些干扰被预测为轴子这种假想粒子的副作用。然而问题是,这些系统依赖于对暗物质粒子其他特性的假设。反之,新探测器设计专注于人们所知道的关于暗物质的一件事--它强大的引力影响。


在这项新提出的实验中,10亿个微小的摆锤将被悬挂在一个约10米长的立方空间中,激光负责跟踪它们的运动。原理听起来很简单--如果一个暗物质粒子碰巧快速穿过仪器,那么它的质量会将最近的摆锤短暂地拉向它。


虽然环境“噪音”会使摆锤不停地摆动,但暗物质信号会突显出来。因为这些粒子中的一个会不受阻碍地直接通过,你会看到一排摆锤突然一个接一个地受到干扰。研究一个经过的粒子给每个摆锤施加了多大的力还可以揭示暗物质的细节信息包括粒子的速度和方向。


研究小组表示,这种方法很有希望,因为它并不依赖于暗物质的其他属性--而只依赖于已知的引力影响。唯一未知的因素就是它的质量,而这台仪器对各种质量的粒子都很敏感,从约1/5000分毫克到几毫克。这比实验中常见的范围要重得多。


“我们的提议完全依赖于引力耦合,这是我们唯一确定暗物质和普通发光物质之间存在的耦合,”该项研究的论文合著者Daneil Carney表示,“如果有人按照我们的建议进行实验,那么他们要么找到暗物质,要么排除大范围可能的暗物质候选者。”


不过这个想法在有人实现这个设计之前仍只是个纯粹的概念性--尽管如此,它仍然非常有趣。


相关研究报告已发表在《Physical Review D.》上。

关键词:小摆锤 监测 暗物质    浏览量:8197

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