试图在地下室捕捉暗物质

很少有东西像暗物质一样具有神秘的光环。这个名字本身散发着神秘的光芒，暗示着隐藏在宇宙阴影中的东西。

一个名为COHERENT的科学家合作团队，包括艺术与科学杰出物理学教授Kate Scholberg，物理学副教授Phillip Barbeau和博士后学者Daniel Pershey，试图将暗物质带出宇宙的阴影，进入一个稍微不那么迷人的目的地：地下室明亮，狭窄的走廊。

不过，这不是一个普通的地下室。该团队在橡树岭国家实验室的一个绰号为中微子巷的地区工作，通常专注于称为中微子的亚原子粒子。它们是在恒星死亡并成为超新星时产生的，或者在更接地气的层面上，作为粒子加速器中质子碰撞的副产品。

并非巧合的是，中微子巷位于世界上最强大的粒子加速器之一橡树岭的散裂中子源(SNS)的正下方。中微子巷收藏了一系列探测器，专门设计用于观察中微子通过并与之碰撞。

不过，中微子并不是SNS操作的唯一副产品。暗物质(不要与电影反派最喜欢的反物质混淆)也是当粒子加速器将质子碰撞在一起时产生的。经过多年的理论计算，相干公司团队着手利用SNS的力量和中微子探测器的灵敏度来观察中微子巷中的暗物质。

“我们没有看到它，”Scholberg说。“当然，如果我们看到了它，它会更令人兴奋，但看不到它实际上是一件大事。

她解释说，他们的中微子探测器没有观察到暗物质的事实使他们能够大大完善暗物质的理论模型。

“我们确切地知道，如果暗物质具有某些特征，探测器将如何响应暗物质，因此我们正在寻找特定的指纹。

所讨论的指纹是中微子探测器中原子核在被中微子击中时反冲的方式，或者在这种情况下，被暗物质粒子击中。

“这就像向冰上的保龄球投掷弹丸，”Pershey说。在他的类比中，保龄球是中微子探测器中包含的原子 - 在这个实验中，中微子探测器是一个14.6公斤的碘化铯晶体。“你可以通过保龄球在接触时后坐多少来了解弹丸和投掷的力。

当涉及到暗物质时，任何信息都是好信息。没有人真正知道它是什么。大约100年前，物理学家意识到，如果宇宙所包含的只是我们能看到的东西，那么它就不能像现在这样运行。

“我们漂浮在暗物质的海洋中，”橡树岭国家实验室中微子研究组组长，该研究的合著者Jason Newby说。物理学家的共识是，暗物质占宇宙质量的85%。它必须受到引力的影响才能解释宇宙的行为，但它不与任何类型的光或电磁波相互作用，看起来很暗。

“我们通过观察相互旋转的大星系来了解它，看到它们的旋转速度比它们应该的要快得多，这意味着它们的质量比它们看起来的要大，”Pershey说。“所以我们知道那里有额外的东西，我们只需要知道在哪里寻找它。

“尽管我们处于几乎没有结果的领域，”纽比说，“但非常重要的一点是，你可以到处看，然后你可以排除很多可能性，专注于一个新的战略领域，而不仅仅是使用'墙上的意大利面'方法。

“我们正在扩大我们可能存在的暗物质模型的范围，这非常强大，”Scholberg说。

她指出，这一成就并不止于此：该实验还使该团队能够以一种新的方式扩展全球对暗物质的搜索。

“典型的探测技术是进入地下，建立一个非常灵敏的探测器，等待这些暗物质粒子通过，”Pershey说。

问题出在哪里?暗物质粒子可能在空气中悠闲地传播。如果它们碰巧也很轻，它们可能无法以足够的能量到达探测器以产生可检测的指纹。

相干团队的实验设置解决了这个问题。

“当你去加速器时，你会以更高的能量产生这些粒子，”Pershey说。“这给了他们更多的魅力来撞击原子核并使暗物质信号出现。

那么，现在怎么办?它还没有完全回到绘图板。Neutrino Alley目前正在准备接收一个更大，更灵敏的探测器，结合相干公司改进的搜索参数，将大大提高捕获这些恶魔粒子之一的机会。

“我们正处于暗物质应该在的门口，”Pershey说。

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！