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2019年有4次暗物質搜索值得關注!

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2019年2月10日12時 今日科學 博科園

博科園

2018年對暗物質來說是重要的一年,和往常一樣,天文學家實際上並沒有發現任何這種物質。我們所有的望遠鏡都看不到這種物質,但它的質量似乎至少占宇宙的80%。有關於暗物質颶風的報導,但我們實際上看不到它。人們發現了一個星系,它似乎不存在任何暗物質,但奇怪的是,它卻證明了暗物質的存在。但後來發現,銀河系可能終究還是有暗物質的——這讓一些物理學家對暗物質的存在產生了懷疑。

博科園-科學科普:在地球上進行的多次直接探測暗物質的實驗都一無所獲,那麼當我們進入2019年的時候,科學家們又該如何尋找暗物質呢?從各方面考慮,都很樂觀。對暗物質的搜尋在各個方面都向前推進。從巨大的地下探測器到巨大的天空勘測,以下是2019年尋找暗物質的五個主要步驟。

LIGO又上線了

雷射干涉儀引力波觀測台(LIGO)是美國的探測器,於2015年直接觀測了第一批引力波,將於2019年初開始第三次觀測,在對設備進行一系列升級後,將收集比以往任何時候都多的數據。那麼引力波探測器在一篇關於暗物質的文章中做了什麼呢?事實證明,利用引力波數據發現暗物質跡象有許多誘人的可能性——儘管這些可能性都還沒有實現。2018年研究人員提出,如果一個質量非常小的「暗光子」潛伏在宇宙的某個地方,它的信號可能會出現在LIGO數據中,從而導致引力波信號非常特殊的不規則性。研究人員表示:展示了陸基和未來的天基引力波探測器都有能力做出(決定性的暗物質發現)。

隨著LIGO的上線,在引力波數據中找到暗物質的證據是非常有可能的。物理學家將試圖弄清楚MiniBooNE是否放棄了中微子的存在整個2018年,科學家們都在興奮地談論費米實驗室國家加速器實驗室(Fermilab National Accelerator

Laboratory,簡稱MiniBooNE)一項名為「迷你boone」(MiniBooNE)實驗得出的有趣結果,該實驗表明不應該存在粒子。到目前為止,最好的解釋是,還有第四種尚未被發現的中微子,被稱為惰性中微子,它與宇宙其他部分的相互作用甚至比它的其他同類中微子還要少。

LIGO項目有兩個探測點:一個在華盛頓東部的漢福德附近,另一個在路易斯安那州利文斯頓附近(如圖所示)。圖片:IGO Collaboration

一些研究人員認為,多想中微子可能是暗物質的候選粒子,隨著2018年的臨近,物理學家們正在加強對這種異常現象的看法。尋找科學家以新的方式思考這些數據和2019年多想中微子。大型天氣觀測望遠鏡(LSST)的第一束光:智利正在建造一架望遠鏡,每隔15秒就能拍攝出大片天空的詳細圖像,每三天就能完成一次完整的天空掃描。在10年的時間裡,它會一次又一次地比較這些圖像,以追蹤天空如何移動和變化,為理解暗物質如何推拉宇宙提供最深入的資源。科學家們廣泛地知道,暗物質塑造了星系及其恆星運動和相互作用的方式。LSST的目標是填補這一空白,提供前所未有的宇宙運行細節。

一張照片顯示了MiniBOONE探測器的內部結構。圖片:Fred Ullrich/Fermilab

這將為天體物理學家提供有關暗物質性質及其在宇宙中作用的大量數據。2019年研究人員將首次打開6200磅重的艙門,(2800公斤)眼睛的望遠鏡和接受的光,科學行動將於2022年開始。建造下一代探測器的競賽將會升溫:粒子物理學家長期以來一直推測,暗物質的第一個直接跡象可能是閃爍。它可能是這樣運作的:當暗物質在非常黑暗的房間裡與惰性物質碰撞時,這些物質會發出微弱的光點。幾十年來,科學家根據這一原理建造了探測器,但到目前為止,還沒有一個得出結論性的結論。2019年中國的科學家們將在PandaX平台上努力工作,這個平台將日夜盯著氙氣看,尋找閃爍的光芒。

2018年11月的一張照片顯示,LSST正在Cerro Pachon峰會上進行建設。圖片:LSST

這些科學家正在迅速升級探測器,以適應4噸(3.6噸)氙氣目標,他們預計在2019年和2020年期間完成大部分工作,新的檢測器將被稱為PandaX-xt。為了不被超越,南達科他州的研究人員將完成盧克斯-澤普林核電站最重要的建設階段,該核電站將在南達科他州鉛鎮地下近一英里處觀測到10噸(9噸)氙氣。像PandaX-xt一樣,該項目可能要到2020年才能完成。義大利還將繼續升級它的探測器,適當地命名為氙,以達到8噸(7.2噸)的規模,這項名為XENON-nt的升級計劃將於2019年完成。

下一階段

研究人員正在地下一英里處努力工作,將luxo - zeplin組裝在一起。圖片:LBL

總有可能某個地方的某些實驗將會得到無可爭議的具體證據,證明某種特定的暗物質粒子確實存在。但在短期內,在幾乎所有領域,物理學家們都專注於利用過去的經驗教訓,為未來更大、更好的暗物質搜尋提供信息。2019年是否會出現無可爭議的暗物質發現?這可能有點樂觀,但在新的一年裡,追求這一目標的物理學家們正在武裝自己,準備以比以往任何時候都更精準、更有力的方式進行搜尋。

博科園-科學科普|文:Rafi Letzter/Live Science

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