@ 2014.01.20 , 11:58

Darkside-50:寻找暗物质的新计划

去年秋天,在位于罗马东部80英里的一座大山地底下,普林斯顿大学领导的国际团队在一座实验室里开启了新的实验,旨在寻找一种神秘的物质,构成了四分之一的宇宙,但从来没有被证实过。

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为了防止宇宙射线干扰探测器,实验室位于大萨索山的地底深处

这个实验被称为DARKSIDE-50,意在寻找暗物质粒子。在过去的几十年里,研究人员已经得知,可见物质 -我们看得到的物质,构成宇宙的4%,而暗能量则被认为占了大约73%。暗物质则有可能填充了剩余的23%,研究人员表示,如果能够发现它,将巩固我们对宇宙是如何形成的认知,并成为揭示其终极命运的希望。

普林斯顿大学物理学教授以及项目中担任首席科学家之一的彼得迈尔斯(Peter Meyers)说。“这就好比10年前寻找希格斯玻色子,我们有一个怎样去寻找暗物质的好主意,但我们不知道究竟会在何时何地发现它。”

和以往不同的是,DARKSIDE-50并不需要使用像大型对撞机一类的暴力设备去打破物质,他们使用的是犹如俄罗斯套娃一样三个嵌套在一起的液体腔来捕捉在宇宙间漂流的暗物质。

寻找暗物质的存在可追溯至20世纪30年代,那时的天文学家意识到,,我们可以看到物质的量,如行星,恒星和星系,与我们的星系以这种方式旋转和聚集所需要的量相差甚远。如果不是还有些物质我们尚未发掘的话我们的星系应当早就四散分离而不会是现在这个样子。当然还有一小部分科学家认为我们现在所发现的引力定理是错误的。
虽然没有人确切地知道什么暗物质是由什么样的粒子组成的,DARKSIDE-50队和其他许多科学家认为最有可能的候选人是一个很弱的粒子,它被称为一个“懦夫”(WIMP),这是“弱相互作用重粒子”( weakly interacting massive particle.)的缩写。

WIMP探测器本身只有一个杂货袋那么大,并且包含10加仑冷却到零下186摄氏度的液化纯氩气。探测器的活跃部分是裹在聚四氟乙烯里的50公斤活跃氩。在容器的顶部和底部都运行有光电检测器,用来检测来自碰撞的光斑。此外,容器周围的铜线圈能收集电子通过其间的电流用来帮助确定在探测器内的何处发生了碰撞。而充满液态氩的容器悬挂在充满7000加仑闪烁流体(scintillator)的房间大小的钢球内。球体又悬挂在在一个三层高装满250000加仑超纯水的圆柱形水箱内。

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探测器的内核部分

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Darkside-50装置整体示意图

研究人员已经于去年11月开始收集碰撞数据,但是在准备发布任何结果之前还需要一定的时间,据研究人员说他们已经实现了预期的灵敏度,这种极高的灵敏度即使最后没有探测到“懦夫”(WIMP)对物理学界也将是一个重要的发现。

本文译自 phys.org,由译者 ST岸天 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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