3.5噸液態氙罐體發出微弱閃光:全球第一個暗物質粒子或被發現

天空之城 2020/07/31 檢舉 我要評論

義大利XENON實驗的結果近日對外公佈,科學家可能發現了軸子粒子的存在!物理學家宣佈潛在的暗物質突破倒計時即將到來,我們可能找到了暗物質粒子的突破口。位於義大利中部的格蘭薩索國家實驗室在一個地下設施內,有一個巨大的氙氣暗物質探測器,還有其他設備,在過去數年的時間內,物理學家就在這裡尋找暗物質粒子。

位於義大利中部的格蘭薩索國家實驗室

物質暗物質網,圖中每個發光點都是一個星系

軸子是一種設想中存在的暗物質粒子,處於粒子物理學的標準模型之外設想出的超輕粒子,在1970年代被科學家所提出,自從那個時候開始,軸子就成了暗物質粒子的一種可能解釋。我們知道,暗物質占宇宙品質的85%,我們肉眼可見的品質還不到15%,暗物質不發光,只通過引力作用與可見物質發生相互影響。這次被格蘭薩索國家實驗室探測到的軸子可能來自太陽,並非構成星系周圍冷暗物質的主要成分。

氙氣暗物質探測器是一個裝滿3.5噸液態氙的巨大罐體,一旦暗物質粒子穿過其中,就會發出微小的閃光信號。研究人員測試了幾種理論,確認這可能是來自太陽的軸子。探測到軸子的存在也意味著大品質弱相互作用粒子(WIMPS)可能不是暗物質粒子,因為長期以來我們都沒有發現類似粒子的閃光信號。儘管科學家多年來一直以WIMPS粒子為標杆進行尋找,但依然沒有收穫。但是對軸子的研究比較順利,果不其然,格蘭薩索國家實驗室就有所發現。

暗物質在星系周圍的分佈圖,只通過引力作用與可見物質發生相互影響

但也有科學家提出質疑,氙氣暗物質探測器有可能誤報,某些放射源可能讓探測器形成類似軸子的微弱閃光信號,與液體氙相互作用,看上去非常像軸子的行為。目前義大利的實驗室也沒有正式對外宣佈發現了軸子,這是因為實驗給出的波動概率大約在3.5西格瑪,只要達到5西格瑪的時候,才能正式確定軸子的存在。目前隨機波動產生信號概率為700分之一,仍然不足以說明軸子的存在。一些科學家指出,來自太陽的某些中微子也可能與磁場發生比預期更強烈的相互作用,猜測可能是某些中微子的行為,如果是這樣,那麼科學家仍然可以根據粒子物理學的標準模型來解釋這個新發現的中微子類型。

宇宙暗物質網上的暗物質分佈情況

如果該信號確實來自太陽,那麼太陽與地球相對位置的變化會導致信號發生微小的變化。比如當太陽直射點遠離義大利的時候,探測器接收到的信號應該是減弱的,如果直射點靠近義大利,信號應該會增強。接下來,義大利實驗室的科學家將通過這種方法確定潛在的軸子是否來自太陽。如果確定這是來自太陽的軸子信號,那將是物理學界一次重大發現,意義不亞於發現上帝粒子。

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