暗物质的探测方法有哪些


暗物质的探测方法有哪些

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日本的暗物质探测器最近捕捉到了“许多意想不到的”事件,这些事件很可能是理论预言中暗物质粒子轴子存在的证据 。研究人员称这一发现“足以吸引眼球” 。
粒子检测示意图 。(SLAC国家加速器实验室)
科学家认为宇宙中存在大量的暗物质,它们与普通物质和光没有很强的相互作用,但科学家认为会发生某种很弱的相互作用,类似于中微子与普通物质的相互作用 。
每秒钟大约有一万亿个中微子穿过人体,人体什么也感觉不到,看不到任何影响 。但是,中微子时不时会撞击一个原子的原子核,产生一些杂散光子或者一些基本粒子 。这种撞击事件的概率太小,所以中微子观测者需要大量的液体或冰 。科学家认为暗物质和普通物质的相互作用是相似的,所以暗物质探测器就是以这种思想设计的 。
XENON1T项目就是这样一个项目,在意大利地下深处安装了一个重达吨的纯液态氙大罐 。研究人员选择液态氙而不是水,因为他们的目标是找到“WIMPS”——理论预测的一类暗物质粒子 。这些粒子比中微子重得多,如果存在并与普通物质碰撞,会产生非常特殊的信号 。科学家认为,液态氙可以更好地消除杂散信号,并专注于WIMPs粒子 。
可惜至今没有发现WIMPs粒子的踪迹 。研究小组稍微修改了实验,转而寻找轴子 。1977年,一些科学家首次提出轴子理论,以解决粒子物理中的一些问题 。它们的理论性质类似于暗物质 。
用XENON1T设备寻找轴子的一个难点是轴子信号和很多其他信号相似,比如原子的放射性衰变或者中微子和原子核的碰撞,很难区分 。
科学家认为,由于这些粒子及其与普通物质的相互作用效应是已知的,因此可以计算出这些事件的数量 。探测到任何超过这个数的信号,都有很大的可能性证明轴子的存在 。
这个团队6月17日提交给论文预印本网arXiv的研究称,发现了“许多意想不到的事件” 。
从统计学上来说,宣布发现一个新粒子需要5的显著水平 。这个研究说数据的显著性水平是3.5,小于下面的结论,但是研究者认为足以引起同行的兴趣 。在多年对暗物质的搜索无果后,任何可能意味着捕获暗物质的线索都足以让科学家兴奋 。
【暗物质的探测方法有哪些】研究人员承认,除了轴子,其他物质也可能产生这些“意外事件”,比如探测器中的轻微污染,混入少量氢3,或者一些宇宙事件产生的中微子等 。
研究人员认为,如果这些数据确实是轴子产生的,未来的其他研究肯定会进一步证实 。

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