寻找暗物质粒子研究升温

作者: 生命科学  发布:2019-10-13
暗物质轴子探测:认识宇宙的新窗口

寻找暗物质粒子研究升温 旨在揭开物理学最大谜团之一

■高宇 李闯 李田军

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近日,美国麻省理工学院物理学家完成了一项名为ABRACADABRA(魔术师用语:见证奇迹的时刻,简称为ABRA)的轴子搜寻技术的先期测试。这项实验的目的是希望能探测到轴子型暗物质粒子。

金沙澳门官网dkk,图片来源:Mark Stone

实验首席研究员、麻省理工学院物理学教授Lindley Winslow说:“这是第一次有人直接探测这个质量范围的轴子……作为暗物质,轴子可能不会影响你的日常生活,但它们会影响宇宙的膨胀和我们在夜空中看到的星系的形成。”

本报讯 对一种被称为轴子的微小粒子的探寻如今正在如火如荼地进行。这种粒子可能构成了暗物质,而正是后者的引力阻止了星系的分崩离析。

ABRA实验现有的探测灵敏度弱于欧洲核子中心已有的太阳轴子望远镜,下一阶段的实验灵敏度预计也远远达不到QCD轴子理论预言的耦合强度。

物理学家在4月9日出版的《物理评论快报》上报告称,美国西雅图市华盛顿大学的轴子暗物质实验终于达到了探测轴子所需的灵敏度,前提是如果它们真的构成了暗物质。

Winslow称,他们将继续运行实验,以达到更高的灵敏度,与此同时,他们也计划扩大实验规模,希望可以探测到质量更轻的轴子。

然而,研究人员并不知道轴子的重量到底有多少,并且他们可能需要数年时间才能够扫描完可能的质量范围。

轴子是一种超出标准模型预言的赝标量基本粒子。最早由Peccei、Quinn、Weinberg、Wilczek等人提出,并由Wilczek命名。轴子源自于高能标的对称性破缺,可以解决量子色动力学的疑难问题和中子电偶极矩的精细调节问题。

轴子是一种假设的粒子,它于41年前被科学家提出,用来解决强核力理论中的一个问题。强核力将被称为夸克的粒子结合在一起,从而形成了质子和中子。

国际上的其他主流轴子探测大多聚焦于微电子伏特,如由Sikivie等人提出,现位于华盛顿大学的高精度微波共振腔实验ADMX。

然而,轴子可能具备双重功能,即同时还可供暗物质使用——宇宙论研究显示,暗物质占所有物质的85%。

麻省理工学院理论物理学家们提出了ABRA实验方案,用于探测更低质量的纳电子伏的轴子。2018年,麻省理工学院的物理学家温斯洛团队进行了这个实验的首次试运行,在当年7月至8月期间不断取样。

到目前为止,暗物质仅仅通过它的引力揭示其自身,所以物理学研究的最大谜团之一就是构成暗物质的粒子到底是什么。

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