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自20世紀80年代以來,研究人員一直在進行著尋找暗物質粒子的實驗,這種不可見的物質可以滲透到我們銀河系和宇宙的各個角落,根據目前的研究來看,暗物質構成了我們宇宙中80%以上的物質,並已經被反覆證明通過它的引力可以影響到普通物質,雖然科學家知道它的存在,但卻不知道它到底是什麼。
最近,來自加州理工學院(Caltech)的理論物理學教授凱薩琳·祖雷克(Kathryn Zurek)領導的研究小組開始思考用於尋找暗物質的新想法,他們認為暗物質很可能是由「隱藏的扇形」粒子所組成的,這些粒子比先前研究人員提出的粒子還要輕,理論上可以用小型的物質探測裝置來發現它們。不過,目前科學家們普遍會採用大型實驗裝置來捕獲暗物質。
十幾年之前,祖雷克首次提出了暗區粒子的概念,祖雷克表示當他們的太空探測器繞著地球軌道運行過程中,它們並沒有察覺到探測器周圍有暗物質存在,但是他們可以利用暗物質的特性,設計出新的方法來尋找暗物質風和探測器之間罕見的相互作用。
而在近期的《物理評論快報》(Physical Review Letters)雜誌上發表的一篇論文中,物理學家們概述了如何通過一種稱之為磁振子的準粒子來探測較輕的暗物質粒子,磁振子是一種準粒子,在這種準粒子中,起著小磁鐵作用的電子自旋被集體激發,根據研究人員的設想,這種作為尋找暗物質的磁振子,可以通過一種磁晶體材料來實現。
加州理工學院博士後張正康(Kevin Zhang)解釋說,如果暗物質粒子比質子輕的話,那麼用常規方法來探測它們的信號就會變得非常困難,如果藉助一些相對良好的暗區模型來分析的話,暗物質粒子或許就會耦合到電子的自旋上面,這樣我們就有望可以探測到暗物質的存在了,但是這樣的實驗目前也只是存在理論上的可能。
通常來講,當地球穿越銀河系中的暗物質是,一個固定在地球上某個位置的探測器會隨著行星旋轉,它可能會探測到暗物質風從行星運動的方向吹過來,也就是說暗物質風會在一天的不同時間裡從不同的方向撞擊探測器,有時會從上面,有時會從側面。假如探測器的位置正好是白天,當暗物質來自上方時,探測數值可能會比來自側面時高,如果你看到了這一點,那將是相當美妙的,因為這將是一個非常重要的時刻,表明你已經看到了暗物質。
不僅僅是依靠磁振子的方式,研究人員對於如何揭示暗物質的存在還有其他想法,他們提出,較輕的暗物質粒子可以通過光子以及另一種類型的準粒子聲子來探測到,聲子是由晶格振動引起的,基於光子和聲子的初步實驗正在加州大學伯克利分校進行,相信科學家們通過使用不同的技術方法終究會有一天能夠捕獲到暗物質存在的證據,就讓我們拭目以待吧!
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