未解之謎 「暗物質」探秘:比想像中更...

「暗物質」探秘:比想像中更小

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【新三才編譯首發】為了理解神秘的「暗物質」,科學家們透過實驗雖然仍然位觀察到暗物質,但已經能確定暗物質粒子的有效尺寸,以及它們與有規律物質的相互作用遠小於科學家們的想像。

研究人員使用XENON1T暗物質探測器所產生的實驗結果,為暗物質顆粒的有效尺寸建立了迄今為止最明確的推論。這種探測器是同類中最靈敏的儀器,它能夠將這個尺寸參數限制在4.1×10-47平方厘米,即1厘米平方厘米的1萬億分之一。此外,由於兩個背景事件——如氡污染、探測器環境中產生的中子或伽瑪射線污染——預計會在探測器中發生,但最後沒有發生,這表明暗物質顆粒比預期的還要小。

紐約倫斯勒理工學院XENON協作和物理學家布朗(Ethan Brown)表示,這是因為他們無法區分暗物質信號和背景信號。「如果我們看到暗物質信號,我們可以測量它的大小,但因為我們看不到它,我們只能說它一定比這樣的尺寸還小。」布朗舉例說如果有兩個信號被檢測到,它們將歸因於預測的兩個背景事件,但由於沒有檢測到事件、背景或暗物質,暗物質「粒子」一定比他們預期的要小。

這些實驗結果於5月28日在意大利Gran Sasso地下實驗室(LNGS)的研討會上發表。探測器使用液體氙,當暗物質粒子與氙原子核碰撞時,如果科學家的模型是正確的,碰撞應該產生一個小閃光——這就是一個可以「觀察」暗物質的稀有機會。

研究人員推論宇宙中暗物質的含量是常規物質的五倍,但我們仍然對這種隱秘物質了解甚少。然而,許多科學家懷疑暗物質是由稱為「弱相互作用大質量粒子」(WIMPs)的物體構成的——當遇到普通物質時它們的反應極小(如當WIMPs通過密集的氙氣時閃爍的微弱光)。雖然WIMPs的存在尚未得到證實,但它就是用以對這樣難以捉摸、無形材料的主要描述。

「我們現在對所謂的『WIMPs核子橫截面』有最嚴格的限制,它是衡量暗物質的有效尺寸,或者它與正常物質相互作用的強度的量度。」布朗在一份聲明中說。「有了這些結果,我們現在已經測試了很多新的暗物質理論模型,並對這些模型進行了最嚴謹的限制。」

這些結果是來自279天的實驗數據,研究人員將繼續這項實驗,旨在減少系統中的氡污染等背景事件。這樣,系統將能夠從這些神秘的「粒子」中發現更小、更少的相互作用。

(編譯:王明真)

(責任編輯:姜啟明)

(文章來源:新三才編譯首發)

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