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遍寻暗光子受挫 暗物质理论陷入瓶颈

美科学家建议更新现有暗物质探测设备

来源:科技日报 2014-11-1 房琳琳

  三位物理学家在《物理评论快报》上发表的一篇论文中指出,建设于上世纪80年代初的实验装置的消极运行结果,已然让找寻暗光子的踪迹面临瓶颈。

  布赖恩•百特尔和另两位作者指出,应该可以建造一种相对便宜的实验设备,用来检测暗物质基本观点中暗光子这一概念,实验结果要么支持它、要么完全摒弃它。

  暗光子是证明暗物质存在的一种概念假设。暗物质是一种神秘的东西,物理学家认为它拥有宇宙重力,没有它,一切将四处飞散。科学家推断出宇宙中约27%的成分由暗物质组成。在银河系里,暗物质比熟知的普通物质多了20倍以上,地球以及太阳系在这个银河系中的暗物质“雾霾”里运动。

  然而,在粒子物理标准模型中却无法找到暗物质的解释。暗物质的本性之谜被普遍认为是21世纪物理和天文学中最具有挑战性的问题之一。不幸的是,没有人能找到暗物质存在的可见证据。

  目前的理论认为,暗物质由大质量微弱相互作用的粒子(WIMPs)组成,这种粒子只能通过弱核力相互作用。全世界物理学家建起各种探测装置,寄希望于观察到一个此类粒子的脉冲回声,但都以失败告终。

  与此同时,其他一些想法让物理学家辗转反侧,比如一种观点认为就存在χ粒子(如果真的存在,它会通过一种类似电磁的力量与其他粒子相互作用),它们能被暗光子传导和搬运。如果这样的暗光子确实存在,暗物质理论将会继续存在,暗光子还能与其他“普通”物质相互作用,而这种作用过程可以被观察到。这是旧实验装置数据的理论来源。

  从1980年到1982年,位于美国门洛帕克市的SLAC国家加速器实验室,建设了“束流收集器”实验装置,能将一束高能电子击入铝目标物,然后观察从被激发的目标物和背后的“沙丘”中到底能看到些什么。

  据物理学家组织网近日报道,百特尔认为,与一些高能电子束中的电子相互作用的高能χ粒子应该能被激发出来,但是,建设束流收集器的研究人员报告称,并没有发现反冲电子。

  旧的实验并没有反对有关χ粒子或者暗光子的整体思路,但从另一个角度证明了,围绕它们形成的理论需要更多深入思考,以便更好地描述它们的实际属性。

  为此,其他物理学家已经提议建设一个新的、相对便宜的束流收集器实验平台,能获得相当于上世纪80年代实验装置100倍的实验成果,借以希望找到χ粒子、暗光子或暗物质本身存在的证据。

 

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2014-11-02 11:27:14]
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