暗物質被發現了國外團隊接收到異常訊號,與往常訊號差距較大

筆者聽過這麼一種說法,當你覺得自己的認知已經達到無人能及的水平時,去看看宇宙吧。確實,在宇宙面前人類顯得無比渺小,因為以人類目前的認知水平無法揭開宇宙的所有秘密,因此為了解釋還不清楚的現象、原因,科學家會運用推測能力來提出理論假設,暗物質就是這種認知宇宙方式的產物,它還處於理論中,尚未被真實發現。

暗物質被發現了國外團隊接收到異常訊號,與往常訊號差距較大

為了搜尋暗物質,不少國家都致力於提高科技水平、研發先進探測裝置、建造高階實驗室。然而為此花下重金的國家至今仍未搜尋到暗物質的存在,這確實是一件令人沮喪的事。最近,義大利格蘭薩索國家實驗室對外宣佈了他們在搜尋暗物質工作中發現了異常訊號,而且該訊號較有可能是暗物質粒子發出的。

暗物質被發現了國外團隊接收到異常訊號,與往常訊號差距較大

何為暗物質?

在宇宙中,最神秘的天體莫過於黑洞,因為它不可見。同樣的,被科學家們公認為最神秘的物質則是暗物質,同樣因為它不可見。儘管人類無法透過肉眼或者探測儀器直接觀測到暗物質的存在,但是天文學家在研究星系和星系團穩定性的過程中,發現暗物質是必不可少的因素。

暗物質被發現了國外團隊接收到異常訊號,與往常訊號差距較大

根據史料記載,暗物質這個概念最早是由天文學家卡普坦於1922年提出的,當時這個概念的定義便是“存在於星體周圍所看不見的物質”。隨著科學家在宇宙中的發現越來越多,暗物質的理論存在逐漸被廣泛接受。然而將近一百年過去了,暗物質依然只存在於理論上,現實中並未被真實發現過,因此世界上不少物理學家致力於尋找暗物質。

暗物質之所以不可見,是因為它不能夠發生電磁作用,也不能和光子相互作用,這也被認為是它能夠促進星系和星系團穩定性的原因之一。

關於暗物質,科學界提出了哪些候選者?

從事暗物質研究的科學家們在長期的研究中發現了暗物質一些獨特的特性,並據此提出了三種較有希望的“候選者”,它們分別是WIMP、軸子和惰性中微子。

暗物質被發現了國外團隊接收到異常訊號,與往常訊號差距較大

WIMP,是弱相互作用有質量粒子的簡寫,根據理論研究該粒子的性質屬於電中性和色中性,會產生弱相互作用。此外,這種粒子是目前被討論度最高的一種,因為科學家們發現它能夠較好地解釋暗物質密度問題。

軸子是僅次於WIMP的熱門候選者,這種粒子擁有質量輕的特點,如果拿它和原子質量相比的話,兩者之間的差別就像蚍蜉和大樹。惰性中微子是第三個候選者,這種粒子只參與引力的相互作用,不參加其它力的作用,因此現實存在的可能性比較小。

各國物理學家怎麼搜尋暗物質?

根據理論研究,宇宙中暗物質的佔比高達85?右,因此許多國家都在太空中對暗物質進行搜尋。以中國為例,我國曾於2015年12月發射了“悟空號”暗物質探測衛星。由於WIMP之間的碰撞會產生異常的伽馬訊號,因此該探測衛星旨在探索特定能段內的伽馬訊號。但這種方式受到了不少宇宙輻射的干擾,從而增加了搜尋暗物質粒子的難度。

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暗物質不僅存在於宇宙中,地球上也應該存在暗物質,因此有的國家將探索暗物質的場所設定在地下深處,因為地下實驗室可以減少宇宙射線的干擾。此次義大利格蘭薩索實驗室便建在地下深約1400米的地方,同時那裡部署瞭如今世界上探測能力最強的暗物質探測器XENON1T。

XENON團隊在搜尋中遭遇了波折

實際上XENON團隊早在2006年就著手開始暗物質的搜尋,他們先將WIMP作為候選者,因為它一直都是暗物質研究領域的主要方向,而且實驗中可以利用氙原子與其相撞產生閃光的原理來進行觀測。然而對WIMP的搜尋進行了十多年後,XENON團隊仍然沒有取得實質性的進展,於是他們萌生了搜尋另一種候選者軸子的想法。

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該研究團隊最終發現了什麼?

前面介紹過,軸子的質量要比WIMP小得多,因此無法用原來那套探索WIMP方法來搜尋軸子,因為軸子根本撞不動氙原子。但是研究人員發現,軸子可以與氙原子中的電子相撞,從而產生可被探測的訊號。於是該團隊在接下來的兩年裡進行了上百次實驗,根據記錄有285次實驗中出現了電子被撞擊後的閃光。

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實驗過後研究人員對這285次實驗的結果進行分析,發現有232個結果是干擾噪音形成的,而剩下的53個未知訊號中則有可能誕生新的發現。

未知訊號是軸子撞擊電子發出的訊號,還是其它訊號?

XENON團隊認為未知訊號既可能是軸子撞擊電子發出的,也可能是太陽中微子發出的。如果是前一種可能性,那麼完全符合研究人員的期待。而且根據該團隊的研究分析,從物理學上來看,該訊號是噪音的機率大概為5000分之一,而物理學上規定訊號是噪音的機率小於350萬分之一才算是新“發現”,由此可見此次研究還無法證明暗物質被搜尋到了。

最後

至於哪種可能性更接近於現實情況,XENON團隊表示目前還需要進行深入研究才可能會有結果。據瞭解該團隊在結束了上一階段的研究之後,已經在籌備下一階段長達5年的研究計劃,他們同樣還繼續搜尋暗物質。不少他國科學家對這一實驗室表示期待,說不定未來某一天,暗物質就在那裡被人類發現了。

暗物質被發現了國外團隊接收到異常訊號,與往常訊號差距較大

從以上的研究中我們也可以發現,要進行一項從未有過成果的研究是十分艱難的。暗物質這個領域一直都有人涉獵,但幾乎沒有人留下實質性的發現,常人是很難想象科研人員要在可能沒有結果的研究中如何堅持下去。這也是這個群體的偉大之處,他們總能帶領著人類探索地球、宇宙的未知領域,推動人類文明不斷向前。

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