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新构想另辟蹊径探测更轻暗物质粒子
时间:2017-11-03 来源:科技日报 阅读人次:1  【字体:

科技日报北京11月2日电(记者聂翠蓉)暗物质是当今最大的物理学谜团之一。现有大型暗物质粒子探测器搜寻多年,至今未果。1日出版的《物理评论快报》刊登了美国布朗大学科学家的全新构想,将为“早知你存在,难寻你踪迹”的暗物质搜寻另辟蹊径。他们设计出一种全新探测装置,通过暗物质粒子与超流体氦相互作用,探测不到10个质子重的超轻暗物质粒子,灵敏度比现有大型粒子探测装置要高3—4个数量级。

暗物质是宇宙的重要组成部分,在宇宙中占比高达27%,暗物质粒子不带电荷,质量比电子和光子还小,且与普通物质几乎不发生相互作用,因此很难直接被探测到。但星系旋转方式和光线在行进中的弯曲,都证明宇宙中存在着一种看不见的引力,让物理学家们坚信,暗物质一定以某种形式与我们同在,而且很可能是一种基本粒子。

布朗大学新提议的暗物质探测器原理图。(图源:布朗大学)

但在现有大型暗物质粒子的搜寻中,无论是低温暗物质搜寻项目,还是地下氙暗物质实验,这些上天入地的各大项目虽已取得很大进展,却都还没有获得暗物质存在的直接证据。这些暗物质实验项目,都选择遵照现有理论体系预言,比如超对称理论认为,暗物质粒子应该有数百个质子重,因此将目标锁定在10倍到一万倍质子质量的范围内。

布朗大学科学家这次提出的探测装置,通过暗物质粒子与超流体氦中的单个氦原子碰撞作用,将碰撞后释放出来的氦原子作为暗物质存在的信号,可以灵敏探测10个质子质量的更轻暗物质粒子。研究人员表示,由于装置中设计了由带正电金属图钉组成的阵列,施加电场后被暗物质粒子碰撞产生的氦原子能被正离子化,标准量热计就可以探测出粒子碰撞产生的温度变化,且装置中单原子信号被扩增,因此灵敏度比现有大型暗物质实验高出3—4个数量级。

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