暗光子：揭开暗物质之谜的关键？

暗光子：揭开暗物质之谜的关键？在阿德莱德大学专家的带领下，一个国际研究小组在探索暗物质本质的过程中发现了更多线索。"暗物质占宇宙物质的84%，但我们对它知之甚少，"阿德莱德大学物理长老教授安东尼-托马斯教授表示："暗物质的存在已经从它的引力相互作用中得到了确凿的证明，然而，尽管全世界的物理学家都在竭尽全力，它的精确性质仍然让我们难以捉摸。理解这一谜团的关键可能在于暗光子，它是一种理论上的大质量粒子，可能是粒子暗区与常规物质之间的门户。"我们和我们的物理世界都是由普通物质构成的，但普通物质的数量远远少于暗物质：暗物质的数量是普通物质的五倍。寻找更多关于暗物质的信息是全世界物理学家面临的最大挑战之一。暗光子是一种假想的隐藏扇形粒子，被认为是一种类似于电磁学光子的力载体，但可能与暗物质有关。澳大利亚研究理事会（ARC）暗物质粒子物理卓越中心的成员托马斯教授及其同事马丁-怀特教授、王宣工博士和尼古拉斯-亨特-史密斯等科学家正在对现有的暗物质理论进行测试，以便获得更多有关这种难以捉摸但非常重要的物质的线索。托马斯教授说："在我们的最新研究中，我们研究了暗光子可能对深度非弹性散射过程的整套实验结果产生的潜在影响。对加速到极高能量的粒子碰撞的副产物进行分析，为科学家们提供了亚原子世界的结构及其自然规律的有力证据。在粒子物理学中，深度非弹性散射是用来利用电子、μ介子和中微子探测强子（特别是重子，如质子和中子）内部的过程的名称。我们利用了最先进的杰斐逊实验室角动量（JAM）部分子分布函数全局分析框架，修改了基础理论，以考虑暗光子的可能性。我们的工作表明，暗光子假说优于标准模型假说，其显著性为6.5西格玛，这构成了粒子发现的证据。"该研究小组包括来自阿德莱德大学的科学家和美国弗吉尼亚杰斐逊实验室的同事，他们在《高能物理杂志》（JournalofHighEnergyPhysics）上发表了自己的研究成果。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385001.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385001.htm

新研究表明暗物质可能是由暗光子构成的

新研究表明暗物质可能是由暗光子构成的从超级计算机模拟得到的宇宙网的二维投影。资料来源：EwaldPuchwein博士和Sherwood-Relics合作项目COS收集的数据表明，宇宙星系间的细丝比结构形成的标准模型的流体力学模拟预测的温度更高。"由于暗光子将能够转化为低频光子并加热宇宙结构，"科学家解释说"它们可以很好地解释实验信息。"这项研究是由SISSA研究人员与特拉维夫大学、诺丁汉大学和纽约大学的研究人员合作进行的。"暗光子是假设的新粒子，它是暗部门新力量的力的载体，就像光子是电磁力的力的载体一样。"作者詹姆斯-S-博尔顿（诺丁汉大学）、安德里亚-卡普托（欧洲核子研究中心和特拉维夫大学）、刘洪万（纽约大学）和马特奥-维尔（SISSA）解释。"然而，与光子不同，它们可以有质量。特别是，超轻的暗光子，其质量比电子的质量小20个数量级，是暗物质的一个很好的候选者。"暗光子和普通光子也有望像不同类型的中微子一样混合，让超轻暗光子暗物质转化为低频光子。这些光子将加热宇宙网，但与其他加热机制不同，基于天体物理过程，如恒星形成和银河系风，这种加热过程更加分散，在密度不大的区域也很有效。MatteoViel解释说。"通常，宇宙丝被用来探测暗物质的小规模特性，而在这种情况下，我们首次使用低红移星系间介质数据作为热量计，以检查我们所知的所有加热过程是否足以重现数据。我们发现情况并非如此：有一些东西缺失了，我们将其建模为暗光子产生的贡献。"这项工作确定了暗光子的质量和与标准模型光子的混合，以调和观测和模拟之间的差异；研究人员的努力可以推动进一步的理论和观测调查，以探索暗光子可能构成暗物质这一令人兴奋的可能性。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1339413.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1339413.htm

美国能源部的新突破：用量子计算机探测暗物质

美国能源部的新突破：用量子计算机探测暗物质费米实验室的高级科学家AaronChou致力于通过量子科学探测暗物质。作为美国能源部高能物理办公室QuantISED项目的一部分，他已经开发出一种方法，使用量子比特，即量子计算系统的主要组成部分，来探测暗物质在强磁场存在下产生的单光子。经典计算机用设置为1或0的二进制比特处理信息。1和0的特定模式使计算机有可能执行某些功能和任务。然而，在量子计算中，由于一种被称为叠加的量子力学特性，量子比特在被读取之前同时存在于1和0。这一特性使量子计算机能够有效地进行复杂的计算，而经典计算机则需要花费大量的时间来完成。阿卡什-迪克西特在使用量子计算机寻找暗物质的团队工作。在这里，Dixit拿着一个含有超导量子比特的微波腔。腔体侧面有孔，就像微波炉门上的屏幕有孔一样；这些孔太小，微波无法逃逸。资料来源：RyanPostel,Fermilab为了让量子比特在这些量子水平上运行，它们必须居住在精心控制的环境中，保护它们不受外界干扰，并使它们保持持续的低温。即使是最轻微的干扰也会使量子计算机中的程序失灵。由于量子计算机的极端敏感性，研究人员意识到量子计算机可以提供一种检测暗物质的方法。其他暗物质探测器需要以量子计算机的方式进行屏蔽，这进一步巩固了这一想法。"量子计算机和暗物质探测器都必须被严格屏蔽，而唯一能跳过的就是暗物质，因此，如果人们正在以同样的要求建造量子计算机，我们就问'为什么你不能把这些东西当作暗物质探测器？"当暗物质粒子穿过一个强磁场时，它们可能会产生光子，Chou和他的团队可以用铝制光子腔内的超导量子比特进行测量。因为这些量子比特已经被屏蔽了所有其他的外部干扰，当科学家检测到一个光子的干扰时，他们可以推断出这是暗物质飞过保护层的结果。科学家AaronChou领导的实验是利用超导量子比特和空腔来寻找暗物质。Credit:ReidarHahn,Fermilab到目前为止，Chou和他的团队已经证明了这项技术是如何工作的，并且该设备对这些光子非常敏感。他们的方法比其他传感器有优势，比如能够对同一光子进行多次测量，以确保干扰不只是由另一个侥幸造成的。该设备还具有超低的噪音水平，这使得对暗物质信号的敏感度提高了。即使是最轻微的干扰也会使量子计算机中的程序失灵。凭借其极端的敏感性，AaronChou意识到量子计算机可以提供一种检测暗物质的方法。"我们知道如何从高能物理学界制造这些可调谐的盒子，我们与量子计算人员一起工作，了解并转让这些量子比特用作传感器的技术，"Chou说。从这里开始，他们计划开发一个暗物质探测实验，并继续改进该设备的设计。"这个装置测试了盒子里的传感器，它能容纳单一频率的光子，"Chou说。"下一步是修改这个盒子，把它变成一种无线电接收器，其中我们可以改变盒子的尺寸。"通过改变光子腔的尺寸，它将能够感知由暗物质产生的不同波长的光子。这些新的蓝宝石光子腔将有助于带领团队更接近运行暗物质实验，这些实验结合了物理学和量子科学的各个方面。"能住在盒子里的波是由盒子的整体尺寸决定的。为了改变我们想要寻找的暗物质的哪些频率和哪些波长，我们实际上必须改变盒子的大小，"周说。"这就是我们目前正在做的工作；我们已经创建了盒子，我们可以改变它的不同部分的长度，以便能够在不同的频率上调谐暗物质。"研究人员还在开发由不同材料制成的腔体。传统的铝制光子腔在存在从暗物质粒子产生光子所必需的磁场时，会失去其超导性。"这些腔体不能在高磁场中生存，高磁场破坏了超导性，所以我们用合成蓝宝石制成了一个新的空腔。"开发这些新的、可调谐的蓝宝石光子腔将使该团队更接近于运行暗物质实验，该实验结合了物理学和量子科学的各个方面。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1334571.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1334571.htm

在太阳附近运行的原子钟可以探测暗物质

在太阳附近运行的原子钟可以探测暗物质我们每天在周围看到的物质只占宇宙中质量的15%左右。另外的85%归功于一种奇怪的、看不见的物质，它不反射也不发光，因此它的名字听起来很诡异，叫做暗物质。然而，它确实通过与光和物质的引力相互作用来表明自己的存在，而且其存在的证据不断增加。但令人沮丧的是，尽管科学家们经过了几十年的探索，但最好的证据--直接探测--仍然没有得到。根据不同模型的预测，已经进行了实验来探测暗物质的特性，它可能有也可能没有。最常见的主题是在地下深处放置一个巨大的检测器材料罐，远离干扰，等待暗物质粒子撞上罐中的原子核的罕见情况。其他实验则观察一些假设的暗物质粒子被预测为会产生的电磁效应。到目前为止，这些实验都没有发现这种东西的任何迹象。但也许这是因为我们一直自己在错误的地方寻找。模型显示，太阳系中密度最高的暗物质将在太阳附近，所以一项新的研究建议我们从那里开始寻找。来自KavliIPMU、加州大学欧文分校和特拉华大学的研究人员概述了一种探测太阳附近暗物质的潜在新方法。在那里，这种物质的密度应该足够高，其预测的信号应该比在地球上要清晰得多。在暗物质粒子具有极小质量的模型中，它们将被预测为引起自然界某些常数的振荡，例如电子的质量或电磁力的强度。这些变化将反过来影响原子的能量，因为它们在不同状态之间转换。由于原子钟是通过测量原子在不同状态之间转换时发出的光子的频率来工作的，所以它们应该能够检测到暗物质何时导致这些振荡。"实验周围的暗物质越多，这些振荡就越大，所以在分析信号时，暗物质的局部密度非常重要，"该研究的作者JoshuaEby说。重要的是，该团队表示，进行该实验所需的技术已经存在。原子钟被广泛用于保持航天器的同步性，而帕克太阳探测器的特殊屏蔽已经证明了近太阳轨道是可以做到的。"长距离的太空任务，包括未来可能的火星任务，将需要特殊的计时，就像太空中的原子钟所提供的那样，"Eby说。"一个可能的未来任务，其屏蔽和轨迹与帕克太阳探测器非常相似，但携带一个原子钟装置，可能足以进行搜索。"虽然目前还没有关于这一概念何时或是否可能被付诸行动的消息，但这是一个令人感兴趣的想法。描述这一想法的论文发表在《自然天文学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1334489.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1334489.htm

引力透镜以前所未有的细节揭示暗物质的细微结构

引力透镜以前所未有的细节揭示暗物质的细微结构透镜系统MGJ0414+0534中的暗物质波动。蓝白色代表ALMA观测到的引力透镜图像。暗物质的计算分布以橙色显示；较亮区域表示暗物质浓度较高，暗橙色区域表示浓度较低。资料来源：ALMA(ESO/NAOJ/NRAO),K.T.Inoueetal.新研究以前所未有的细节揭示了暗物质的分布，最小尺度为30000光年。观测到的分布波动为暗物质的性质提供了更好的约束。神秘的暗物质占宇宙物质的大部分。暗物质是不可见的，只有通过引力效应才能让人们知道它的存在。暗物质从未在实验室中被分离出来，因此研究人员必须依靠"自然实验"来研究它。引力透镜是自然实验的一种。有时，由于随机的机缘巧合，从地球上看，宇宙中距离不同的两个物体会位于同一条视线上。当这种情况发生时，前景天体周围的物质所造成的空间曲率就像透镜一样，使背景天体的光线路径发生弯曲，从而形成透镜图像。然而，在自然实验中很难达到探测质量小于星系的暗物质团块的高分辨率，因此暗物质的确切性质一直没有得到很好的证实。引力透镜系统MGJ0414+0534的概念图。与透镜星系相关的暗物质显示为淡蓝色和白色。星系际空间的暗物质用橙色表示。实线表示受引力弯曲的无线电波的实际路径。虚线表示透镜图像的明显观测位置。图片来源：NAOJ,K.T.Inoue由日本景代大学教授KaikiTaroInoue领导的日本研究小组利用ALMA（阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列）研究了金牛座方向上被称为MGJ0414+0534的引力透镜系统。在这个系统中，由于大质量星系对光线的引力作用，前景天体形成的背景天体图像不是一个，而是四个。借助弯曲效应和新的数据分析方法，研究小组能够以前所未有的高分辨率探测到暗物质沿视线分布的波动，最小尺度可达3万光年。家观测到的暗物质分布所提供的新约束条件与缓慢移动或"冷"暗物质粒子的模型是一致的。未来，研究小组计划通过更多的观测来进一步制约暗物质的性质。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1397475.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1397475.htm

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（GillianBeltz-Mohrmann）和弗洛里安-凯鲁佐雷（FlorianKéruzoré）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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425688.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425688.htm