一种完全不同的方法来识别宇宙中最难以捉摸的物质

费政亮
导读 研究人员声称,十亿年前的微小盐分可以揭示暗物质的存在。暗物质被认为占宇宙的85%,但迄今为止,用于验证其存在的高科技设施已花费数十亿

研究人员声称,十亿年前的微小盐分可以揭示暗物质的存在。暗物质被认为占宇宙的85%,但迄今为止,用于验证其存在的高科技设施已花费数十亿美元,未能产生明确的结果。

现在,由瑞典斯德哥尔摩大学的Andrzej Drukier领导的物理学家团队提出了一种完全不同的方法。

暗物质被认为是由被称为弱相互作用大质量粒子的亚原子实体组成,或者简称为WIMP。

目前旨在检测它们的实验依赖于在偏远和屏蔽环境(如洞穴或矿井)中安装巨大的“目标质量”,包括例如100吨惰性气体。然后用一个足够灵敏的探测器来监测目标,当WIMP撞击时,它可以拾取核反冲。

目标是最大化核-WIMP碰撞的机会——粒子物理学家同意的事件很少发生,因为暗物质和可见物质或重子物质不常相互作用。由于许多其他亚原子现象,如放射性衰变和宇宙射线的影响,它们也必须被屏蔽。相比之下,暗物质被噪音淹没,这种情况更常见。

Drukier和他的同事提出了一个非常非常不同的方法。他们在《物理评论杂志D》上发表的一篇论文中提出,为了找出过去碰撞造成的伤痕,应该仔细观察100毫克的矿物晶体。

他们写道:“我们建议研究古老的矿物,并观察在长达[十亿年]的时间尺度上记录的WIMP核相互作用的痕迹。”

这种逻辑令人信服。监测10年的100吨惰性气体,可能会记录一定数量的暗物质碰撞。在适当情况下埋藏十亿年的矿点可能会被记录更多。

为了确保暗物质相互作用不被自然放射性衰变甚至来自太空的粒子所覆盖,Drukier和他的同事们建议使用在水下深处形成的盐晶体,称为海洋蒸发物。

他们说,“这些矿物中放射性污染物的浓度明显低于地壳中典型矿物的浓度。”

物理学家表示,暗物质是这些相互作用的唯一来源,这些相互作用会在晶体上留下疤痕——纳米级的标记,可以通过最先进的技术检测到。

他们写道:“Re-core会在某些类型的矿物中留下损坏的痕迹,即所谓的固态轨道探测器。”

他们提出了两种方法来识别这些疤痕,这取决于暗物质粒子的大小——这本身就是一个有争议的问题。

Drukier和他的同事们表示,使用氦离子束显微镜技术可以检测质量等于10个质子或更少的暗物质粒子造成的损害。

由质量大于10个质子的较大暗物质候选粒子引起的疤痕可以通过使用另一种方法(称为小角X射线散射)来检测。

古老的矿物可以被用作探测暗物质的可验证方法的想法并不新鲜。1995年,另一组物理学家使用一种叫做白云母的矿物首次提出了这一观点。

然而,该实验受到当时可用的测量技术的限制——这是研究人员很容易接受的。

“我们认为,在我们将电流限制降低几个数量级之前,背景可能不会出现,”他们总结道。

20多年后,情况发生了变化。

Drukier的团队称他们提出的装置为“古代探测器”。他们承认,到目前为止,这种想法仍然主要是理论上的,但提出下一步使用从地表附近获得的矿物,并使它们在WIMP附近相互作用,以证明这种方法的可行性。

事实上,他们补充说,他们的实验可能会及时揭示宇宙,而不仅仅是暗物质的验证。

他们写道:“灵敏度和曝光时间也使古代探测器对WIMP暗物质搜索以外的许多应用有意义。”

例子包括研究宇宙射线通量或来自太阳或超新星的中微子的时间变化。另一个例子是研究质量暴露促进的质子衰变。

标签:

免责声明:本文由用户上传,如有侵权请联系删除!