暗物质依然 "黑暗" - 科学家利用原子钟揭示新奥秘

暗物质依然"黑暗"-科学家利用原子钟揭示新奥秘PTB的研究人员利用灵敏的原子钟寻找超轻暗物质影响精细结构常数的证据，但没有发现明显的变化，从而完善了我们对暗物质潜在相互作用和常数随时间变化稳定性的理解。一种特别有前景的理论方法暗示，暗物质可能由极轻的粒子组成，其行为更像是波而不是单个粒子：即所谓的"超轻"暗物质。在这种情况下，以前未被发现的暗物质与光子之间的微弱相互作用将导致精细结构常数的微小振荡。精细结构常数是描述电磁相互作用强度的自然常数。它决定了原子能量标度，从而影响了原子钟中用作参考的转变频率。由于不同的跃迁对常数的可能变化具有不同程度的敏感性，因此原子钟的比较可用于寻找超轻暗物质。为此，PTB的研究人员现在使用了一种原子钟，它在这种搜索中对精细结构常数的可能变化特别敏感。为此，在长达数月的测量中，将这一灵敏的原子钟与灵敏度较低的另外两个原子钟进行了比较。测量数据被用于研究超轻暗物质的特征--振荡。由于没有发现明显的振荡，暗物质仍然是"暗"的，即使经过更仔细的检查也是如此。由于没有发现信号，因此无法探测到神秘的暗物质，但可以对超轻物质与光子之间可能的耦合强度确定新的实验上限，以前的上限在很大范围内提高了一个数量级以上。与此同时，研究人员还研究了精细结构常数是否会随着时间的推移而发生变化，例如非常缓慢地增加或减少。数据中没有检测到这种变化。在这里，现有的限制也被收紧，表明即使在很长一段时间内，常数也保持不变。与以往的时钟比较不同，在以往的比较中，每个原子钟都需要自己的实验系统，而在这项工作中，三个原子钟中的两个是在一个实验装置中实现的。为此，使用了单个被俘离子的两种不同跃迁频率：离子在两个光学转变频率上交替接受询问。这是朝着使光学频率比较更加紧凑和稳健迈出的重要一步--例如，用于未来在太空中寻找暗物质。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376071.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376071.htm

科学家提出搜寻暗物质的新方法

科学家提出搜寻暗物质的新方法自暗物质被发现以来，科学家们一直未能探测到它，即使几十年来在世界各地部署了多个超灵敏粒子探测器实验也无济于事。现在，美国能源部（DOE）SLAC国家加速器实验室的物理学家们提出了一种利用量子设备寻找暗物质的新方法。SLAC物理学家丽贝卡-利恩（RebeccaLeane）是这项新研究的作者之一，她认为大多数暗物质实验都在寻找银河系暗物质，这种暗物质会直接从太空发射到地球上，但另一种暗物质可能已经在地球周围徘徊了很多年。利恩说："暗物质进入地球后，会四处弹跳，最终被地球的引力场困住。随着时间的推移，这种热化暗物质的密度会比少数松散的星系粒子更高，这意味着它更有可能撞上探测器。不幸的是，热化暗物质的移动速度要比银河系暗物质慢得多，这意味着它传递的能量要比银河系暗物质少得多--传统探测器可能无法看到。"有鉴于此，利恩和SLAC博士后研究员阿尼尔班-达斯找到了SLAC的科学家诺亚-库林斯基，他是一个新实验室的负责人，主要研究用量子传感器探测暗物质。库林斯基说，科学家通常认为这是因为冷却系统不完善或环境中存在热源。但他说，可能还有其他原因："如果我们实际上有一个完美的冷系统，而我们无法有效冷却它的原因是它不断受到暗物质的轰击呢？"达斯、库林斯基和利恩想知道，超导量子设备是否可以重新设计为热化暗物质探测器。根据他们的计算，激活量子传感器所需的最小能量足够低，约为千分之一电子伏特，因此它可以探测到低能量的银河系暗物质以及悬浮在地球周围的热化暗物质粒子。当然，这并不意味着暗物质是量子设备失灵的罪魁祸首--只是说它是可能的，下一步就是要弄清楚他们能否以及如何将敏感的量子设备变成暗物质探测器。因此，有几件事需要考虑。首先，也许有更好的材料来制造这种装置。利恩说："我们一开始考虑的是铝，这只是因为铝可能是迄今为止用于探测器的特性最好的材料。但事实可能证明，对于我们正在研究的质量范围和我们想要使用的探测器类型，也许有更好的材料。"利恩说，还有一种可能性是，热化暗物质与量子设备的相互作用不会像银河系暗物质被怀疑与直接探测设备的相互作用那样。在这项研究中只是考虑了暗物质进入并直接弹开探测器的简单情况，但它还可以做很多其他事情。例如，其他粒子可能与暗物质相互作用，改变探测器中粒子的分布方式。"这就是在SLAC工作的好处之一。我们确实有相当多样化的小组在从事许多不同的科学研究，我觉得这个项目是SLAC研究的一个非常好的协同效应。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429970.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1429970.htm

科学家用二维凝聚态物理学揭开中子星的秘密

科学家用二维凝聚态物理学揭开中子星的秘密在致密核物质中，夸克“排列”成一维的，对单维度加时间的计算可以追踪低能量激发如何穿过核物质图片来源：布鲁克海文国家实验室核物质（包括构成原子核的质子和中子的夸克和胶子）的行为极其复杂，在我们这个三维世界中尤其如此。来自凝聚态物理学的数学技术仅考虑一个空间维度（加上时间）的相互作用，极大地简化了这一挑战。利用这种二维方法，科学家们解决了描述低能激发如何在致密核物质系统中产生涟漪的复杂方程。这项工作表明，自然界中存在如此致密核物质的中子星中心可能会以一种意想不到的形式来描述。能够理解二维夸克相互作用为理解中子星（宇宙中最稠密的物质形式）打开了一扇新的窗口。这种方法可以帮助推进当前研究这些奇异恒星的“黄金时代”。研究成功的激增是由宇宙中引力波和电磁发射的最新发现引发的。这项工作表明，对于低能量激发，三维夸克相互作用的所有复杂性都会消失。这些低能激发是中子星发射辐射或其自身旋转磁场引发的轻微扰动。这种方法还可以与重离子碰撞中产生的密度较低但温度更高的核物质中的夸克相互作用进行新的比较。现代原子核理论，称为量子色动力学涉及受强核力束缚的夸克，这种由胶子携带的力将夸克限制在核子（质子和中子）中。当核物质的密度增加时，就像中子星内部一样，致密系统的行为更像是夸克团，各个核子之间没有清晰的边界。在这种状态下，系统边缘的夸克仍然受到强力的限制，因为球形系统一侧的夸克与另一侧的夸克相互作用强烈。布鲁克海文国家实验室研究人员的这项工作利用这种强相互作用的一维性质以及时间维度来解决系统边缘附近低能量激发的行为。这些低能量模式就像自由、无质量的玻色子的模式一样——在凝聚态物质中被称为“路廷格液体”。这种方法允许科学家计算任意给定密度下的路廷格液体的参数。它将提高他们探索预计在中子星内极端密度下发生的定性新现象的能力，其中核物质的行为与普通核中的完全不同，并将其与中子星中产生的更热（万亿度）的致密核物质进行比较。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1368165.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1368165.htm

物理学家发现原子核基态的分子结构

物理学家发现原子核基态的分子结构中国科学院近代物理研究所（IMP）的科学家及其合作者最近在原子核基态中发现了一种分子型结构。该研究成果发表在《物理评论快报》上，并作为"物理学特写"文章进行了重点报道。原子核是一个由质子和中子组成的量子多体系统，小得令人难以置信（只有原子的万分之一），但它却容纳了原子总质量的99.9%以上。核子之间的相互作用产生了各种有趣的核结构，从球形核到变形核，甚至是表面密度稀疏的中子晕。在这些结构中出现的团簇结构是一个引人入胜的现象。反运动学中的簇敲除反应示意图。资料来源：李鹏杰团簇结构的意义原子核的基态很少出现簇状结构。关于基态团簇结构的讨论可以追溯到1938年，当时理论物理学家通过分析α共轭核的结合能，提出在铍-8、碳-12和氧-16等原子核的基态中可能存在类似α分子的团簇结构。然而，由于经典壳模型的单粒子描述很受欢迎，这一理论假设仍未得到验证。IMP的科学家及其合作者利用一种涉及逆运动学敲除反应的新颖实验方法，验证了富中子原子核铍-10的基态存在分子型结构。该实验在日本理化学研究所西奈中心的放射性同位素束工厂（RIBF）进行。在实验中，铍-10的次级束以一半光速轰击一个2毫米厚的固体氢靶。束缚在铍-10原子核内的α原子团被质子击出，几乎没有动量转移到残余原子核上，从而保留了铍-10基态原子团结构的信息。铍-10原子核的类分子结构。资料来源：IMP李鹏杰证实长期存在的假设实验结果表明，敲除反应的实验截面与微观模型下的理论预测之间存在显著的一致性。这一验证支持了关于铍-10基态分子态结构的长期假说，即铍-10形成了一个α-α哑铃形内核，两个价中子垂直于内核轴旋转。论文第一作者、来自IMP的李鹏杰博士说："类似的结构在原子尺度上也能发现，但在原子核的基态中却异常罕见。"这项研究首次为原子核基态分子态结构的理论描述提供了实验证据，并为进一步探索富中子核基态α簇结构的演化铺平了道路。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401029.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401029.htm

科学家提出或能像探测流星一样寻找暗物质的新方法

科学家提出或能像探测流星一样寻找暗物质的新方法尽管暗物质占宇宙总质量的85%，但它仍难以被直接探测到。一项新研究提出了一种独特的方法来寻找暗物质，通过将地球的大气层作为一个巨大的探测器来探测像流星一样在空中流动的暗物质粒子。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1328757.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1328757.htm

科学家利用新一代中子反射镜揭开物质的内在秘密

科学家利用新一代中子反射镜揭开物质的内在秘密林雪平大学薄膜物理学部研究员FredrikEriksson说："与其提高中子源的功率（这是非常昂贵的），不如专注于改进光学技术。"中子与质子一起构成原子核。根据原子核中中子数量的不同，元素的性质也会不同。此外，中子还可用于对不同材料进行非常细致的分析。这种方法称为中子散射。这种测量在被称为中子源的特殊中子研究实验室进行。欧洲中子源（ESS）就是这样一个实验室，目前正在隆德郊外建造。该项目投资20亿欧元。ESS和其他中子源可以比作先进的显微镜，让科学家能够研究各种材料及其特性，直至原子级别。从研究原子结构、材料动力学、磁性到蛋白质功能，它们被广泛应用于各种领域。中子从原子核中释放出来需要巨大的能量。当中子在中子源中释放出来时，它们必须被捕获并被引向目标，也就是要研究的材料。特殊的反射镜用于引导和偏振中子。这些被称为中子光学。尽管ESS将拥有世界上最强大的中子源，但实验中可用的中子数量有限。为了增加到达仪器的中子数量，需要改进偏振光学。林雪平大学的研究人员通过在几个重要点上改进中子光学技术来提高效率，现在已经实现了这一目标。林雪平大学博士生AntonZubayer观察磁控溅射过程。图片来源：OlovPlanthaber"我们的镜子具有更好的反射率，从而增加了到达目标的中子数量。"物理、化学和生物系博士生兼《科学进展》（ScienceAdvances）上发表的这篇文章的第一作者安东-祖拜尔（AntonZubayer）说："镜子还能更好地将中子极化为相同的自旋，这对极化实验非常重要。"他继续说道："同时，由于不再需要大型磁铁，镜子可以放置在离样品或其他敏感设备更近的地方，而不会影响样品本身，这反过来又使新型实验成为可能。此外，我们还减少了漫散射，这意味着我们可以降低测量中的背景噪音。"技术创新与未来展望反射镜是在硅衬底上制造的。通过一种称为磁控溅射的工艺，可以在基片上镀上选定的元素。这种工艺可以在基板上镀上多层薄膜，即多层膜。在这种情况下，可以使用铁和硅薄膜，并与同位素富集的碳化硼混合。如果各层的厚度与中子波长的数量级相同，并且各层之间的界面非常光滑，那么中子就能以相位相交的方式从镜面射出，从而产生高反射率。林雪平大学物理、化学和生物系副教授FredrikEriksson和博士生AntonZubayer。图片来源：OlovPlanthaber弗雷德里克-埃里克森认为，每一个中子都是宝贵的，中子光学效率的每一点提高都对改进实验非常有价值："通过增加中子的数量和反映更高的中子能量，为包括物理学、化学、生物学和医学在内的各个学科的开拓性实验和突破性发现提供了机会。"事实中子分析利用了中子既能像波又能像粒子的特性。反过来，这些中子可以具有两种不同的自旋。能够使用极化中子（即只有一种特定自旋的中子）主要对磁性研究非常重要。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425487.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425487.htm