@ 2015.09.18 , 14:00
17

我们将如何捕获暗物质

[-]

早在我们有物质原子理论以前,科学家们就知道虽然空气是不可见的,但它是实体。这是因为当风抚摸着树上的树叶时,我们能看见它的运动。

同样地,在更广泛的宇宙中,我们也从星系内恒星运动中看到了另一种不可见的力量的影响,但我们还不知道这个神秘的“暗物质”是由什么组成的。

现在新一代探测器——包括我们正在维多利亚一个金矿中建设的这台——正带给我们可能最终揭示暗物质的希望。

黑暗中的辉光

一些模型预测构成暗物质的任何粒子也就是其自身的反粒子。这就导致了如果两个暗物质粒子相互作用,它们就会湮灭为一阵奇异粒子或是辐射的迷人预测。

如果它湮灭为粒子,那么太空探测器,如国际空间站上的阿尔法磁谱仪(AMS)就可能会发现例如正电子的异常数量。如果它湮灭为辐射(或如果正电子自我湮灭),那么这种辐射将会是高能伽马射线的形式,可能会被NASA在地球轨道上的费米伽马射线太空望远镜检测到。

[-]
安装在国际空间站上的阿尔法磁谱仪可以帮助探测暗物质的迹象。NASA

如果是这样,暗物质密度最高处的信号将会是最强的,这可能会是靠近银河系中心,被密集恒星和超大质量黑洞的巨大引力所拉近。

不幸的是,黑洞和附近的爆发恒星都能产生类似暗物质湮灭的信号。这使得很难从黑洞或超新星噪声中区分出任何暗物质信号

然而,如果我们找到一坨发出耀眼伽马射线的暗物质,而且附近几乎没有任何恒星,那么我们就非常有信心是看到了暗物质的迹象。

幸运的是,银河系中有这样的物体在绕行,被称为极微弱矮椭球星系。但不幸的是,似乎没有来自这些物体的伽玛射线被确认检测到,虽然有线索表示那里可能有一些有趣的事情在发生。

要确定暗物质的性质在实验室中直接检测是不可替代的。在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机的碰撞过程中产生暗物质是可能的,但在这种情况下,它会直接飞过探测器不留一丝痕迹深藏功与名。

它的存在会以与抓住一个狡猾的会计师一样的方式被揭示出来:我们测量进入一次碰撞的所有能量,我们再测量出来的所有能量,如果对不起来,我们就知道一些能量已经以暗物质的形式逃逸了。

[-]
大型强子对撞机可能会制造出暗物质粒子。CERN

挖掘暗黑金矿

还有另一个选择,那就是尝试检测地球每年都在穿越的银河系中自然发生的暗物质。这依赖于幽灵般的暗物质与原子核的迎头碰撞。

事实上,在你读完这篇文章的时间里,你可能已经有一个原子被暗物质粒子撞飞了,但你很可能毫无感觉,因为人体是很差的检测器。但我们正在建造一台更好的。

一个大学、研究机构和行业的国际联盟正在建造斯托尔地下物理实验室(SUPL),它将在南半球维多利亚斯托尔金矿地下一公里深度容纳世界第一台暗物质探测器,被称为SABRE

我们利用上方岩层来阻挡来自太空的辐射,否则就会淹没敏感的探测器。这确保只有幽灵般的暗物质可以穿透实心的岩层,并偶尔撞上探测器。

[-]
SABRE实验的一些首席科学家们在斯托尔金矿中,背景是辐射测试设施。Carl Knox (Swinburne University)

SABRE实验包括一个掺入铊的超纯碘化钠晶体,它有着极度低的本体辐射水平(毕竟我们不想看到自己的放射性“光晕”)。这种由普林斯顿的Frank Calaprice教授创建的独特晶体偶尔会被暗物质粒子击中,导致一个原子核像在台球游戏中一样回弹。原子在碰撞过程中将被高能激发,最终以高能伽玛射线释放出这一能量。

碘化钠晶体本身是一种天然闪烁体,它吸收这种伽玛射线并产生光学闪光,能被晶体周围的高灵敏相机检测到。所以,我们在黑暗中寻找黯淡的闪光来捕猎幽灵。

我们希望最终能够阐明暗物质,对构成五倍于可见宇宙质量的这种神秘物质获得一些了解。

本文译自 TheConversation,由译者 王丢兜 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


给这篇稿打赏,让译者更有动力
支付宝打赏 [x]
您的大名: 打赏金额:

0.0
赞一个 (9)

TOTAL COMMENTS: 17+1

  1. 山猫
    @2 years ago
    2935161

    它将在南半球维多利亚斯托尔金矿地下一公里深度容纳世界第一台暗物质探测器,被称为SABRE。→_→阿尔托莉雅

  2. shenhualxt
    @2 years ago
    2935170

    Xieerduo

  3. 朋克张
    @2 years ago
    2935178

    Who has seen the wind?
    Neither you nor I:
    But when the trees bow down their heads.
    The wind is passing by.

  4. Joiningss
    @2 years ago
    2935183

    在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机的碰撞过程中产生暗物质是可能的,但在这种情况下,它会直接飞过探测器不留一丝痕迹深藏功与名。

  5. 络德
    @2 years ago
    2935185

    怪不得我喝水也会胖,一定是吸收了暗物质

    [10] XX [1] 回复 [0]
  6. 粉骨碎龙
    @2 years ago
    2935203

    用精准采集的稿子挖回来。。

    [10] XX [1] 回复 [0]
  7. 2935222

    谢邀
    楼上打得很好
    我再补充两句
    @达斯维达
    @大菠萝
    @尤里
    @毛杂
    @布依布伊
    @真-红眼黑龙
    @丧失暴龙兽
    @av1020212
    @换xx哥

    [0] XX [12] 回复 [0]
  8. shenhualxt
    @2 years ago
    2935228

    酷爱

  9. 于是就
    @2 years ago
    2935251

    然而有趣的是,当暗物质被你探测到了之后,就不能被称作暗物质了吧?

  10. Boikinov
    @2 years ago
    2935260

    所以其实EX咖喱棒是暗物质组成的,所以平时看不见咯

  11. 唯物流氓
    @2 years ago
    2935276

    难怪这几天总有暗物质桶我菊花

  12. 赫尔戈兰湾
    @2 years ago
    2935281

    我是来看谢耳朵虎视眈眈的

  13. 一等上流
    @2 years ago
    2935307

    在某特级厨师的死对头的锅里

  14. 2935329

    用NaI晶体做半导体探测器以前就有人做过,他们扣除所有本底辐射以后发现数据表现出一个以年为周期的近似正弦的波动,因而认为这是地球绕日公转和太阳系绕银核公转的合速度以年为周期变化带来的暗物质粒子碰撞频率变化。不过也有人完全没探测到……

  15. 地狱菠菜
    @2 years ago
    2935400

    “真空”里面所谓的“什么都没有”那就是暗物质

  16. 2935708

    那就是杂质把

  17. 老蛋
    @2 years ago
    2935786

    等着《三体》党说二向箔导致的二维宇宙……

发表评论


24H最赞