: 暗物质占据宇宙大部分质量的神秘物质,可能是由被称为引力子的大质量粒子组成,它们在宇宙大爆炸后突然出现。新理论,这些假想粒子

-- : 暗物质占据宇宙大部分质量的神秘物质,可能是由被称为引力子的大质量粒子组成,它们在宇宙大爆炸后突然出现。新理论,这些假想粒子可能是来自额外维的“宇宙难民”。研究人员的计算表明,这些粒子的量可能恰好可以解释暗物质,暗物质只能通过其对普通物质的引力而被“看到”。研究合作者、法国里昂大学的物理学家 Giacomo Cacciapaglia 表示:“大质量引力子是由早期宇宙中的普通粒子碰撞产生的。这个过程被认为太罕见了,因此大质量引力子无法成为暗物质的候选对象。”但在 月发表在《物理评论快报》期刊上的 中,Cacciapaglia 与韩国高丽大学的物理学家 Haiying Cai 和 Seung J. Lee 共同发现,早期宇宙产生的引力子足以解释我们目前在宇宙中探测到的所有暗物质。 研究发现,如果引力子存在,它们的质量将小于 MeV ,因此不会超过电子质量的两倍。这个质量水平远低于希格斯玻色子为普通物质产生质量的尺度这是该模型产生足够多引力子以解释宇宙中所有暗物质的关键。他们在寻找额外维的证据时发现了这些假设的引力子,物理学家怀疑额外维和已观察到的空间的三个维度以及第四维度时间一起存在。在研究团队的理论中,当引力通过额外维传播时,会在我们的宇宙中以大质量引力子的形式出现。但是这些粒子只会与普通物质微弱地相互作用,而且只能通过引力作用。这种描述与我们所知道的暗物质惊人地相似,暗物质不与光相互作用,但是它们的引力影响在宇宙中的任何地方都能感受到。如这种引力影响正是阻止星系飞散的原因。Cacciapaglia 表示:“大质量引力子作为暗物质粒子的主要优点在于它们只在引力作用下相互作用,因此它们可以躲开检测其存在的尝试。”

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最早的星系可能比以前认为的更小更亮 颠覆暗物质理论

最早的星系可能比以前认为的更小更亮 颠覆暗物质理论 在过去的一年半里,詹姆斯-韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)拍摄到了宇宙大爆炸后不久形成的遥远星系的惊人图像,让科学家们第一次看到了宇宙的雏形。现在,一组天体物理学家提高了要求:找到时间起点附近最微小、最明亮的星系,否则科学家们将不得不彻底重新思考他们关于暗物质的理论。由加州大学洛杉矶分校天体物理学家领导的研究小组进行了模拟,追踪了宇宙大爆炸后小星系的形成过程,并首次将以前被忽视的气体与暗物质之间的相互作用纳入其中。他们发现,在不考虑这些相互作用的典型模拟中,所形成的星系非常微小、明亮得多,而且形成速度更快,反而显示出更暗的星系。矮星系在宇宙研究中的重要性小星系,也叫矮星系,遍布整个宇宙,通常被认为是最早的星系类型。因此,研究宇宙起源的科学家对小星系特别感兴趣。但是,他们发现的小星系并不总是和他们认为应该发现的星系一致。那些最靠近银河系的星系旋转得更快,或者密度没有模拟的那么高,这表明模型可能遗漏了一些东西,比如这些气体-暗物质的相互作用。发表在 《天体物理学杂志通讯》上的这项新研究通过加入暗物质与气体的相互作用改进了模拟,并发现这些暗星系在宇宙历史的早期可能比预期的要亮得多,当时它们刚刚开始形成。作者建议科学家利用韦伯望远镜等天文望远镜寻找比预期亮得多的小星系。如果他们只找到微弱的星系,那么他们关于暗物质的一些想法可能就是错误的。斯蒂芬五重奏(Stephan's Quintet)是由五个星系组成的视觉组合,由詹姆斯-韦伯太空望远镜提供的近千个独立图像文件合成。加州大学洛杉矶分校的天体物理学家认为,如果冷暗物质理论是正确的,韦伯望远镜应该能发现宇宙早期微小而明亮的星系。图片来源:NASA、ESA、CSA、STScI难以捉摸的暗物质本质暗物质是一种不与电磁或光相互作用的假想物质。因此,它无法用光学、电学或磁学进行观测。但暗物质确实与引力相互作用,人们从暗物质对普通物质构成所有可观测宇宙的物质的引力效应中推断出暗物质的存在。尽管宇宙中 84% 的物质被认为是由暗物质构成的,但它从未被直接探测到过。所有星系都被一圈巨大的暗物质光环所包围,科学家们认为暗物质对星系的形成至关重要。天体物理学家用来理解星系形成的"标准宇宙学模型"描述了宇宙早期的暗物质团块如何通过引力吸引普通物质,导致恒星的形成,并创造出我们今天看到的星系。由于大多数暗物质粒子(被称为冷暗物质)的运动速度被认为比光速慢得多,因此这一积累过程是逐渐发生的。了解星系形成的理论进展但是在130多亿年前,也就是第一批星系形成之前,由来自宇宙大爆炸的氢气和氦气组成的普通物质和暗物质在相对运动。气体以超音速流过移动速度较慢的暗物质的密集区,这些暗物质本应该把气体拉进来形成星系。"事实上,在不考虑流的模型中,这正是发生的情况,"加州大学洛杉矶分校博士生、论文第一作者克莱尔-威廉姆斯说。"气体被暗物质的引力吸引,形成密度大到可以发生氢聚变的团块和结块,从而形成像我们太阳这样的恒星。"但威廉姆斯和"超音速项目"团队的合著者(由加州大学洛杉矶分校物理学和天文学教授斯马达尔-纳奥兹领导的一组来自美国、意大利和日本的天体物理学家组成)发现,如果他们在模拟中加入暗物质和普通物质之间不同速度的流效应,气体就会落在远离暗物质的地方,无法立即形成恒星。数百万年后,当积累的气体落回星系时,恒星的形成就会同时爆发。由于这些星系在一段时间内比普通的小星系拥有更多年轻、炽热、发光的恒星,因此它们要亮得多。威廉姆斯说:"虽然流星抑制了最小星系中恒星的形成,但它也促进了矮星系中恒星的形成,使它们比宇宙中没有流星的区域更加明亮。我们预测,韦伯望远镜将能够发现宇宙中因这种速度而变得更加明亮的星系区域。事实上,它们应该如此明亮,这可能会让望远镜更容易发现这些小星系,而这些星系通常在宇宙大爆炸后 3.75 亿年才极难被发现。"由于暗物质是无法直接研究的,因此在早期宇宙中寻找明亮的星系斑块可以为暗物质理论提供有效的检验,而这种检验迄今为止还没有结果。"在早期宇宙中发现成片的小而明亮的星系将证实我们的冷暗物质模型是正确的,因为只有两种物质之间的速度才能产生我们正在寻找的星系类型,"霍华德和阿斯特里德-普雷斯顿天体物理学教授诺兹说。"如果暗物质的行为不像标准的冷暗物质,不存在流效应,那么这些明亮的矮星系就不会被发现,我们就需要回到绘图板上去。"编译自:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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黑洞与黑暗的启示引力波提供暗物质构成的新线索

黑洞与黑暗的启示引力波提供暗物质构成的新线索 从地球向大麦哲伦云观测到的黑洞引起的微透镜事件的艺术家印象图。位于大麦哲伦云的一颗背景恒星的光线被银河系光晕中的一个推定原始黑洞(透镜)弯曲,从地球上观测时被放大。微透镜导致背景恒星的亮度发生极具特征性的变化,从而可以确定透镜的质量和距离。图片来源:J. Skowron / OGLE。大麦哲伦云的背景图像:由 Kevin Loch 使用 ESA/Gaia 数据库编写的 bsrender 生成。图片来源:J. Skowron / OGLE。大麦哲伦云的背景图片:由 Kevin Loch 使用 ESA/Gaia 数据库编写的 bsrender 生成。研究结果发表在《自然》 和《 天体物理学杂志增刊系列》上的两篇文章中 。这项研究是由华沙大学天文台 OGLE(光学引力透镜实验)调查的科学家进行的。各种天文观测表明,我们可以看到或触摸到的普通物质只占宇宙总质量和总能量的 5%。在银河系中,恒星中每一磅普通物质就对应 15 磅"暗物质",它们不发射任何光,只通过引力相互作用。"暗物质的本质仍然是一个谜。大多数科学家认为它是由未知的基本粒子组成的,"两篇文章的第一作者、华沙大学天文台的 Przemek Mróz 博士说。"不幸的是,尽管经过数十年的努力,但没有任何实验(包括利用大型强子对撞机进行的实验)发现可能是暗物质的新粒子"。通过银河系光环看到的大质量天体对大麦哲伦云的预期微透镜事件与观测到的微透镜事件的对比。如果宇宙中的暗物质由推定的原始黑洞组成,那么在 2001-2020 年的 OGLE 勘测中将会探测到 500 多个微透镜事件。而实际上,OGLE项目只探测到了13次微光事件,很可能是由普通恒星引起的。图片来源:J. Skowron / OGLE。大麦哲伦云背景图片:由 Kevin Loch 使用 ESA/Gaia 数据库编写的 bsrender 生成。图片来源:J. Skowron / OGLE。大麦哲伦云的背景图片:由 Kevin Loch 使用 ESA/Gaia 数据库编写的 bsrender 生成。原始黑洞的奥秘和潜力自 2015 年首次探测到一对黑洞合并产生的引力波以来,LIGO和室女座实验已经探测到 90 多个此类事件。天文学家注意到,LIGO 和室女座探测到的黑洞质量(20-100 个太阳质量)通常比银河系中已知的黑洞质量(5-20 个太阳质量)大得多。Mróz 博士说:"解释为什么这两个黑洞群如此不同,是现代天文学最大的谜团之一。"一种可能的解释是,LIGO 和室女座探测器发现了可能在宇宙早期形成的原始黑洞群。50 多年前,英国著名理论物理学家斯蒂芬-霍金(Stephen Hawking)首次提出了原始黑洞的存在,苏联物理学家雅科夫-泽尔多维奇(Yakov Zeldovich)也独立提出了这一观点。"我们知道,早期宇宙并不是理想的均质宇宙微小的密度波动产生了现在的星系和星系团,"Mróz 博士说。"类似的密度波动如果超过临界密度对比,就可能坍缩并形成黑洞。"自从首次探测到引力波以来,越来越多的科学家猜测,这种原始黑洞可能构成暗物质的重要部分,如果不是全部的话。大麦哲伦云被银河系光环中的大质量天体透镜化的艺术印象。图片来源:J. Skowron / OGLE利用微透镜技术探索暗物质幸运的是,这一假设可以通过天文观测得到验证。我们观测到银河系中存在大量暗物质。如果它是由黑洞组成的,我们就应该能够在我们的宇宙邻域中探测到它们。鉴于黑洞不会发出任何可探测到的光,这可能吗?根据爱因斯坦的广义相对论,光线可能会在大质量天体的引力场中发生弯曲和偏转,这种现象被称为引力微透镜。"当三个物体地球上的观测者、光源和透镜在太空中几乎理想地对齐时,就会发生微透镜现象,"OGLE 勘测的首席研究员 Andrzej Udalski 教授说。"在微透镜事件中,光源的光线可能会发生偏转和放大,我们观测到光源的光线会暂时变亮。"变亮的持续时间取决于透镜天体的质量:质量越大,时间越长。太阳质量天体的微透镜事件通常会持续数周,而质量比太阳大 100 倍的黑洞的微透镜事件则会持续数年。利用引力微透镜研究暗物质的想法并不新鲜。20 世纪 80 年代,波兰著名天体物理学家博赫丹-帕钦斯基首次提出了这一想法。他的想法激发了三大实验的启动:波兰的 OGLE、美国的 MACHO 和法国的 EROS。这些实验的首批结果表明,质量小于一个太阳质量的黑洞可能只占暗物质的不到10%。不过,这些观测对时间尺度极长的微透镜事件并不敏感,因此对大质量黑洞也不敏感,类似于最近用引力波探测器探测到的那些黑洞。智利拉斯坎帕纳斯天文台(由卡内基科学研究所运营)夜景。OGLE 项目观测站以及大麦哲伦云和小麦哲伦云。图片来源:Krzysztof UlaczykOGLE 的长期观察研究在《天体物理学杂志增刊系列》(Astrophysical Journal Supplement Series)的这篇新文章中,OGLE天文学家介绍了对位于附近一个名为大麦哲伦云的星系中的近8000万颗恒星进行的长达近20年的光度监测结果,以及对引力微透镜事件的搜索。所分析的数据是在2001年至2020年OGLE项目的第三和第四阶段收集的。Udalski 教授说:"这组数据提供了现代天文学史上对大麦哲伦云中恒星进行的时间最长、规模最大、最精确的测光观测。"第二篇文章发表在《自然》杂志上,讨论了这一发现的天体物理学后果。Mróz博士说:"如果银河系中的所有暗物质都是由10个太阳质量的黑洞组成,那么我们本应探测到258个微透镜事件。对于 100 个太阳质量的黑洞,我们预计会有 99 个微透镜事件。1000个太阳质量的黑洞27个微透镜事件。"相比之下,OGLE 天文学家只发现了 13 个微透镜事件。他们的详细分析表明,所有这些事件都可以用银河系或大麦哲伦云本身的已知恒星群来解释,而不是用黑洞来解释。Mróz博士说:"这表明大质量黑洞最多只能构成暗物质的百分之几。"详细计算表明,10 个太阳质量的黑洞可能最多占暗物质的 1.2%,100 个太阳质量的黑洞占暗物质的 3.0%,1000 个太阳质量的黑洞占暗物质的 11%。Udalski 教授说:"我们的观测结果表明,原始黑洞不可能占暗物质的很大一部分,同时也能解释 LIGO 和室女座观测到的黑洞合并率。"因此,LIGO 和室女座探测到的大质量黑洞需要其他解释。根据一种假设,它们是大质量、低金属度恒星演化的产物。另一种可能是,在球状星团等高密度恒星环境中,质量较小的天体发生了合并。Udalski 教授补充说:"我们的研究成果在未来几十年内都会出现在天文学教科书中。"编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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最新研究挑战宇宙暗物质存在理论

最新研究挑战宇宙暗物质存在理论 宇宙的膨胀速度受到两种相互竞争的力量的影响:一种是减缓膨胀速度的引力,另一种是加速膨胀速度的暗能量。这张图显示了宇宙历史上的膨胀率,较浅的曲线表示膨胀较快,较陡的曲线表示膨胀较慢。大约 75 亿年前,宇宙开始加速膨胀,膨胀率发生了明显的变化。宇宙学模型普遍认为,宇宙中约27%为暗物质,普通物质不足5%,其余则为暗能量。其中,暗物质指所有似乎与光或电磁场不相互作用的物质,或只能通过引力解释的物质。人们看不到它,也不知道它由什么组成,但它有助于科学家揭示星系、行星和恒星的行为。在最新研究中,加拿大渥太华大学物理学教授拉金德拉·古普塔结合共变耦合常数理论和疲光理论得出结论称,宇宙中可能没有暗物质。其中共变耦合常数理论描述了自然力如何随着时间的推移而减弱;疲光理论则阐释了光经过“长途旅行”会损失能量。古普塔表示,他提出的新理论已经接受了测试,并被证明与一些观测结果相匹配。基于此前关于宇宙年龄为267亿年的研究,古普塔提出宇宙不需要暗物质存在的说法。“在标准宇宙学中,宇宙的加速膨胀被认为是由暗能量引起的,但实际上是由于自然力在膨胀时减弱,而不是暗能量。”古普塔说。“红移”是指光向光谱的红色部分移动。研究人员分析了文献中关于低红移时星系分布和高红移时声学视界的角大小的最新论文中的数据。古普塔说,目前已有几篇论文质疑暗物质的存在。最新论文是第一篇指出宇宙组成不需要暗物质,同时也能与某些宇宙学关键观测结果相吻合的论文。 ... PC版: 手机版:

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科学简单点:什么是暗物质和暗能量?

科学简单点:什么是暗物质和暗能量? 人类对天空的研究已有数千年的历史,而在上个世纪,科学家们才真正开始了解宇宙是如何在一种叫做"万有引力"的力量影响下运动和变化的。万有引力影响着万物,不仅包括物质(科学术语),还包括光。它把我们的身体拉向地球,也在恒星和星系之间的遥远距离上发挥作用。在这段"科学101"视频中,博士后研究员吉莉安-贝尔茨-莫尔曼(Gillian Beltz-Mohrmann)和弗洛里安-凯鲁佐雷(Florian Kéruzoré)将探讨科学界的两大谜团:暗物质和暗能量。这些奇怪的影响因素似乎正在以意想不到的方式将宇宙拉伸开来,并将物质聚集在一起。它们加在一起占宇宙的 95%,但由于我们看不见、摸不着,所以不知道它们是什么。全球各地的研究人员,包括美国能源部阿贡国家实验室的科学家,正在通过大型宇宙学调查、粒子物理实验以及先进的计算和模拟,研究暗物质和暗能量的本质。引力在星系的形成和移动过程中起着至关重要的作用。随着科学家对宇宙了解的加深,他们发现除非存在大量看不见的物质比我们尚未发现的物质还要多得多否则星系的许多行为都是不合理的。这种看不见的物质或者说暗物质会产生额外的引力。如果它不存在,有些星系就会飞散,有些星系根本就不会形成。这张图展示了一个真实的例子,说明暗物质如何使螺旋星系的外部区域比只受可见物质引力影响的星系旋转得更快。这种差异表明暗物质的存在,施加了额外的引力。资料来源:阿贡国家实验室我们称它为"暗"是因为我们看不见它。与可见物质(我们能看到的物质,包括恒星、行星、水等)不同,它不会释放或吸收光线,也不会与其他物质相互作用,除非通过引力。我们知道它应该在哪里,但当我们观察时却什么都没有。这就像看到池塘里的涟漪,却看不到是什么造成的。与此同时,另一些东西正在推动宇宙以越来越快的速度膨胀。据我们所知,宇宙从 138 亿年前开始就一直在膨胀。天体之间的空间不断增大,就好像空间本身被拉伸开来,就像气球充气时的表面一样。科学家本以为这种膨胀的速度会随着时间的推移而减慢,但他们却发现了相反的情况。大约 50 亿年前,宇宙膨胀的速度开始加快。我们不知道是什么导致了这种加速膨胀,但我们把它命名为暗能量。来自暗物质的引力可以弯曲从遥远星系发出的光线,导致它们的图像在到达我们的望远镜时出现扭曲。这种现象被称为引力透镜,它揭示了暗物质的存在,即使我们看不到它。资料来源:阿贡国家实验室据科学家所知,可见物质只占宇宙的 5%。暗物质和暗能量据信分别占另外的 27% 和 68%。换句话说,我们所熟知的可见物质根本无法解释宇宙绝大部分物质的性质。那么,科学家们是如何试图解开这个谜团的呢?什么是暗物质和暗能量?为了找出答案,我们需要数据,而且是大量的数据。为了收集这些数据,科学家们建造了巨型望远镜和照相机。其中包括外太空的哈勃太空望远镜和詹姆斯-韦伯太空望远镜;南极洲的南极望远镜;亚利桑那州的暗能量光谱仪;以及智利的暗能量勘测和即将建成的维拉-C-鲁宾天文台。宇宙主要由暗能量和暗物质组成。可见物质(我们能看到的一切,包括恒星和行星)只占宇宙的 5%左右。科学家们正在研究这未知的 95% 的性质。图片来源:阿贡国家实验室这些灵敏的仪器对天空进行勘测,以揭示星系在宇宙中的位置和移动情况。超级计算机帮助科学家对宇宙进行详细模拟,并分析来自望远镜的数据。除了在天空中寻找答案,科学家们还在建造敏感的探测器,以直接在地球上寻找暗物质。美国能源部阿贡国家实验室的研究人员通过参与这些大型宇宙学调查、粒子物理实验以及使用先进的计算和模拟,为暗物质和暗能量的研究做出了贡献。来自这些测量和模拟的信息帮助科学家绘制出暗物质存在的地图,并提供了有关暗能量性质的线索。随着我们的望远镜、超级计算机和其他仪器越来越先进,我们发现越来越多的证据表明,我们遗漏了一些重大的东西,科学家们正在努力了解它可能是什么。阿贡科学家们的工作正在让世界离揭开这些宇宙之谜越来越近。编译自:ScitechDaily相关文章:科学简单点:什么是超级计算?科学简单点:什么是人工智能?科学简单点:什么是量子力学?科学简单点:什么是水力发电?科学简单点:什么是核能?科学简单点:什么是气候复原力?科学简单点:什么是纳米科学? ... PC版: 手机版:

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暗物质动力学探索奇异的卫星星系“Crater II”

暗物质动力学探索奇异的卫星星系“Crater II” 加州大学河滨分校物理学和天文学教授于海波说:"自2016年发现Crater II以来,人们曾多次尝试重现它的不寻常特性,但事实证明这非常具有挑战性。"他的团队在最近发表于《天体物理学期刊通讯》(TheAstrophysical Journal Letters)的一篇论文中对Crater II的起源做出了解释。卫星星系是一个较小的星系,它围绕着一个较大的主星系运行。暗物质占宇宙物质的85%,它可以在引力的作用下形成一个球形结构,称为暗物质晕。暗物质晕看不见摸不着,它渗透并包围着像Crater II这样的星系。Crater II极其寒冷,这表明它的光环密度很低。我们的银河系被大约 50 个矮星系包围着。这些星系中的大多数只能通过望远镜来识别,并以它们出现在天空中的星座来命名(例如天龙座、雕刻家座或狮子座)。不过,两个最明显的矮星系被称为大麦哲伦云(LMC)和小麦哲伦云(SMC),它们很容易被肉眼看到。资料来源:ESA/Gaia/DPACCrater II在银河系的潮汐场中演化,经历了与宿主星系的潮汐相互作用,类似于地球海洋因月球引力而经历潮汐力。理论上,潮汐相互作用可以降低暗物质晕的密度。然而,对Crater II环绕银河的轨道的最新测量结果表明,潮汐相互作用的强度太弱,不足以降低卫星星系的暗物质密度,从而与其测量结果保持一致如果暗物质是由冷的、无碰撞的粒子构成的,正如流行的冷暗物质理论(或称CDM)所预期的那样。另一个谜题是,当卫星星系在银河系的潮汐场中演化时,潮汐相互作用会缩小卫星星系的体积,因此Crater II怎么会有这么大的体积呢?于和他的团队引用了一种不同的理论来解释Crater II的特性和起源。该理论被称为"自相互作用暗物质"(self-interacting dark matter,简称SIDM),它可以令人信服地解释各种暗物质的分布。该理论认为,暗物质粒子通过暗力进行自我相互作用,在靠近星系中心的地方相互发生强烈碰撞。于说:"我们的工作表明,SIDM可以解释Crater II的不寻常特性。关键的机制是暗物质的自我相互作用使Crater II的光环热化,并产生一个浅密度核心,也就是说,暗物质密度在小半径处是扁平的。相反,在CDM光环中,密度会向星系中心急剧增加。"在 SIDM 中,与Crater II轨道测量结果一致的相对较小的潮汐相互作用强度就足以降低Crater II的暗物质密度,这与观测结果是一致的。"重要的是,星系的大小在SIDM光环中也会扩大,这就解释了Crater II的巨大体积。暗物质粒子在有芯的SIDM光环中比在'脆弱'的CDM光环中结合得更松散。我们的工作表明,SIDM比CDM更能解释Crater II的起源。"编译自/ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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中国建成世界最大最深的暗物质实验室

中国建成世界最大最深的暗物质实验室 中国锦屏地下实验室(CJPL)自2010年投运,经过三年修建,中国锦屏地下实验室二期(CJPL-II)于2023年12月投入科学运行。其33万立方米的超大空间超过了之前深度和体积的纪录保持者意大利的格兰萨索国家实验室(LNGS)。更大的空间让粒子和天体物理氙探测实验(PandaX)和中国暗物质实验(CDEX)这类项目可以再次升级。芝加哥大学的物理学家Juan Collar说:“他们在十年内完成的工作令人赞叹。”暗物质一直是科学界的一个谜。物理学家经过计算发现,可见物质产生的引力太弱,无法阻止快速移动的星系飞散。因此,他们提出理论,认为暗物质就像不可见的胶水,把整个宇宙黏在一起。虽然暗物质理应无处不在,但事实证明直接观测到暗物质很难,因为理论上暗物质与普通物质不会相互作用,也不会释放、反射或吸收光。之前有人提出探测到了暗物质,但反驳观点认为,这些实验可能受到了其他信号的混淆。科学荣誉等候着第一个探测到暗物质的人,这也是粒子物理学的最大任务之一,在CDEX合作组工作的台湾中央研究院的物理学家Henry Tsz-King Wong说道。山下之光寻找暗物质的最佳场所是地下,因为岩体能替探测器挡掉背景“噪音”,比如从太空向地球洒落的高能粒子宇宙射线就会淹没潜在的暗物质信号,意大利国家核物理研究院的物理学家Marco Selvi说,想从地球表面探测暗物质就像在一个人声鼎沸的体育场里辨认一个小孩发出的微弱声音。在深地环境下,CJPL-II 的宇宙线通量仅为地表的0.000001%,使其成为世界上屏蔽效果最好的地下实验室之一。实验室的墙体还包裹了由橡胶、混凝土等材料混合而成的10厘米厚的保护结构,能防止周围岩体释放的水和放射性氡气,以免暗物质探测实验受到干扰。实验室的研究团队已经在利用新增的空间了。在CJPL-II施工期间,PandaX团队将其探测器从120公斤液氙升级到4吨。当潜在的暗物质颗粒与氙原子发生碰撞,其能量就会转变成能被光电传感器探测到的闪光。该探测器很快将赶上LNGS的XENONnT实验(8.6吨)以及美国桑福德地下研究所的LUX-ZEPLIN实验(7吨)。PandaX-4T探测器位于一个900立方米的水池中,这是为了能进一步屏蔽杂散粒子的干扰,团队成员、上海交通大学物理学家周宁表示,“灵敏度提升后,我们就能用探测器测试不同类型的相互作用。”该团队最终想要打造一个40-50吨的氙探测器,有望与以40吨为目标的达尔文实验(DARWIN Experiment)相抗衡。与此同时,CDEX团队也在部署一台锗探测器,锗探测器能寻找比氙实验寻找的质量更小的潜在暗物质粒子,CDEX团队成员、北京清华大学物理学家岳骞说。CDEX探测器已经从1公斤锗升级到10公斤锗,并计划打造一个1吨量级的探测器阵列。如果一个暗物质粒子撞到了这个探测器,其相互作用就应产生电荷,这个电荷会转换为电信号。岳骞希望CDEX能吸引更多国际合作,目前已经有印度和土耳其的研究人员加入。Selvi说,虽然各国对暗物质的搜寻非常激烈,但世界上多个地下实验室共同开展相似实验能让研究人员比对结果。2022年,PandaX团队便使用一种类似手段确认了LNGS的XENON 实验的结果该实验发现2020年XENON探测到的一个意外信号来自背景噪音而不是暗物质。Collar认为,新的方法和理论也将推动暗物质的研究,而不是用更大更灵敏的探测器打败对手。他说,“已经有很多重复的版本了。”周宁说,下一个十年里,CJPL-II团队将继续提升探测器的灵敏度。他也希望全球暗物质研究社区能共享数据并将CJPL-II的数据与他们自己的数据结合。他说:“我们还有很多工作要做。” ... PC版: 手机版:

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