尋找宇宙中暗物質,科學家給出新方法,或許這次離真相不遠了!

2020-11-25 熙巖知識百科

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

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!

歡迎關注我的頻道,我在這裡將會為你揚起知識的風帆,帶你遨遊科學的海洋。

相關焦點

  • 科學家尋找暗物質的新方法:天然的地下古巖石探測器!
    他們的實驗越來越複雜,搜索也越來越精確,然而,除了義大利一個實驗室受到的一個備受爭議的信號之外,還沒有人找到直接證據來證明這種神秘物質的存在,這種神秘物質被認為構成了宇宙84%的物質。一項新的研究表明,我們應該更「深入」地進行研究。暗物質不同於普通的重子物質(重子物質是構成恆星、星系、狗、人類和其他一切的物質),它只會通過引力(或許還有微弱的核力)與其他物質相互作用。
  • 尋找了幾十年,科學家又說暗物質可能不存在,難道是竹籃打水?
    1922年的時候,天文學家卡普坦提出一種假說,認為宇宙中充滿了我們難以探知的暗物質。雖然難以直接探知,但是可以通過天體的運動來推測出它們的存在。時至今日,快100年過去了,暗物質的說法已經深入人心。我們認為,暗物質是一種完全不或者極難與可見物質發生反應的一種物質,因此十分難以檢測。為此,世界各國建造了專門的探測器,去尋找暗物質的真相。
  • 科學家利用銀河系尋找暗物質
    科學家們認為暗物質在銀河系中心周圍產生了一個明亮的球狀x射線輻射暈。雖然研究遙遠星系神秘信號的科學家們並沒有如他們所願發現暗物質。但是他們用來探測這種奇怪信號發明的新技術,即利用我們自己的星系來尋找暗物質的技術,可能會提升對這種令人難以捉摸的物質的搜尋機率。
  • 人類認知的物質僅佔宇宙5%?譽為「宇宙幽靈」的暗物質不只是傳說
    這種方法使我們能夠看見被這個大天體擋住的類星體。而光線的扭曲程度和遮擋物的引力是成正比的,通過光線的偏折程度,可以計算出遮擋物的質量。 但這種方法計算出的質量比其他方法計算的要大很多很多。經多次運算推測後,科學家得出結論:在那些來自遙遠星系的光線飛向地球的過程中,一定還受到了一個質量巨大,但無法被我們看到的天體的影響。進一步研究表明,這一未知天體乃是暗物質團。
  • 暗物質研究獲得重大發現,或許揭開暗物質之謎,甚至解釋宇宙起源
    暗物質是宇宙中最神秘的一種自然現象,通過科學家的研究和判斷,他們認為宇宙中暗物質站到了所有物質比例的85%以上,如果將所有的愛物質全部統計在內的話,科學家甚至認為會超過90%左右。由此我們能夠看出暗物質的研究對於宇宙的研究意義重大,因為暗物質很可能就是宇宙的終極答案。
  • 科學家們將使用最先進的原子鐘尋找暗物質,這將縮小暗物質的搜索範圍
    JILA研究人員使用了最先進的原子鐘來縮小暗物質的搜索範圍。在微波頻率下工作的原子鐘以前一直在尋找暗物質,但這是第一次在較高頻率下尋找暗物質,本次測試將用於確保穩定光波的超穩定振蕩器,另外這次設置將設定更精確的界限。
  • 科學家:用人臉識別算法尋找暗物質
    暗物質:我們從未直接探測或測量過暗物質,但我們知道它的存在,因為我們可以看到它對宇宙的影響。許多不同恆星和星系的運動不能用我們能看到的物質所施加的引力來解釋。一定有別的什麼東西在起作用。所有的物質,包括暗物質,都能使光線輕微彎曲,從而在望遠鏡觀測中產生「弱引力透鏡」。科學家可以利用這些扭曲來繪製出夜空中最有可能存在暗物質的區域。
  • 新方法,尋找暗物質更直接了
    用宇宙學家的話來說,宇宙中的所有可見物質,就像是漂浮在充滿了暗物質的浩瀚海洋中的少數存在。這種說法其實非常形象,因為構建了行星和恆星等的普通物質其實只佔了宇宙的5%,,而神秘的暗物質則約佔據了27%。|圖片素材:NIST今天故事的主角就是暗物質。暗物質是一些有質量,且會產生引力的不可見粒子。我們之所以相信這些「隱形」粒子的存在,是因為正是它們所提供的額外引力,才使得宇宙中的星系不至於分崩離析。自暗物質自被預言以來,在幾十年間一直對我們維持其神秘面紗,我們始終無法探測到它們的身影。
  • 科學家在虛擬宇宙中探測暗物質
    新的研究工作揭示了暗物質光暈作為天空中的活躍區域,不僅存在於各個星系中也存在於輻射中——發射碰撞使得在天空中尋找暗物質光暈成為可能。圖中的這些小圓球就是科學家所說的暗物質暈,這是一種在引力作用下形成的結構,為星系的形成提供了條件。圖源:王傑,博塞,哈弗史密松天體物理中心。
  • 歐洲核子研究組織使用反物質尋找暗物質
    據外媒New Atlas報導,雖然迄今為止暗物質尚未被直接探測到,但科學家仍在嘗試用各種各樣的方法來尋找暗物質。現在,在歐洲核子研究組織(CERN)進行重子反重對稱性實驗(BASE)的研究人員已經嘗試了一種使用另一種奇怪物質-反物質的新方法來尋找暗物質。
  • 科學家發現宇宙中的暗物質正在減少,是什麼在「淘汰」它?
    1922年,天文學家卡普坦通過觀測宇宙,發現星體周圍很可能存在著一種看不見的物質,而在那之前,科學家們曾經認為,宇宙中普遍都是明物質,也就是說,宇宙中的一切,都是可以看到的。那麼,這種看不見的物質會是什麼呢?很快10年過去了,另一名天文學家奧爾特在觀察太陽系周圍的之後,正式提出了宇宙中存在暗物質的理論,科學家們對於暗物質的研究,也由此正式展開。
  • 宇宙如何凝聚在一起,暗物質圖譜揭示背後奧秘
    我們早已知到宇宙中不止只有恆星 事實上,在地球自轉時,沒有沒有任何物體因為離心力而被甩出,就佐證了有某種力量可能對物質產生約束。當深入研究這個現象時,我們發現了暗物質。 什麼是暗物質,它又存在何處? 暗物質是人類已知但不可見的存在。
  • 佔了宇宙85%的暗物質,為什麼就是找不到?強CP軸子或許是暗物質
    在最新發表在《物理評論快報》期刊上的研究中,研究人員在銀河系暈中尋找質量在2.81-3.31eV之間的暗物質軸子。研究的合著者、華盛頓大學研究員尼克·杜(Nick Du)說:我們的研究是由兩個不同的物理學謎團推動,這兩個謎團都將通過探測軸子暗物質來解決,首先是暗物質之謎。過去的物理學研究證據表明,通常認為的普通物質只佔宇宙總質量的大約15%。
  • 什麼是暗物質?它對我們的宇宙有什麼影響?
    在人類通過望遠鏡觀測到的所有景象中,很少有比螺旋星系更可愛的了。這是一個壯麗的星空漩渦,一個壯觀和可預見的舞蹈。我們可以通過望遠鏡看到數十億顆恆星的事實告訴我們,它們既普通又穩定。這或許令人驚訝,但了解這些"宇宙風車"的內部運作並不困難。
  • 科學家從特殊星系中發現暗物質的線索,沒暗物質的星系是什麼樣?
    科學界把宇宙中的物質分為能直接看到的和不能直接看到的,並且認為不能直接看到的物質佔據了宇宙總質量的90%,那些炫麗的星系、星雲等物質只佔據了全宇宙的10%左右,科學家認為宇宙中的大多數星系是受到暗物質的影響維持運行的,然而近幾年天文觀測中發現了幾個完全不受暗物質影響的星系,這些星系顛覆了暗物質在宇宙中的地位,其中典型就是NGC 1052-DF2星系這類奇怪的超漫射星系
  • 宇宙或許是多元化的,科學家又有新發現,外星世界或完全不同
    不過,直到今天,人類在浩瀚的宇宙中發出尋找的信號將近50年,卻仍然毫無回應,這也讓很多人開始懷疑,地外生命的形態以及它們所處的環境,真的與我們和地球一樣嗎?此前,科學家們一直用地球作為藍本去尋找地外生命,但很多人都抱有質疑的態度。因為宇宙中的生命形式應該是多種多樣的,比方說雖然人類是碳基生物,但在其它星球上可能存在著矽基生物或其它的生命形式。
  • 宇宙的三大未解之謎:暗物質究竟是什麼?宇宙有多大?
    宇宙是世間萬物的總稱,是時間和空間的統一,是由空間、時間、物質和能量,所構成的統一體。人類對於宇宙的探索雖然已經取得了輝煌的成就,但是實際上我們能窺探到的宇宙中非常小,宇宙對於我們來說依舊是神秘變幻莫測的。今天我們就來聊一聊宇宙的三大未解之謎,暗物質究竟是什麼?宇宙有多大?
  • 暗物質是什麼,這種宇宙中最神秘的物質構建了宇宙的結構嗎?
    大多數天文學家都接受這樣一個事實:宇宙中不可見的物質遠遠多於我們所能看到的。科學家認為,包括所有行星、恆星和星系在內的可見物質只佔宇宙總質量能量的4%左右,未知物質佔宇宙總質量能量的96%。其中,暗物質佔宇宙的23%,73%是一種加速宇宙膨脹的暗能量。宇宙中的暗物質比構成我們普通世界的原子物質多得多。
  • 「暗物質」只是一種假說,或許它不存在
    在日常生活中遇到如此靈異的事件,我們往往號稱自己見了「鬼」,而科學家顯得文雅一些,他們給宇宙中這類看不見、摸不著的物質起了一個名字叫做「暗物質」。古人知道天上有星星,地下有人群,知道金、木、水、火、土、陰陽五行,現代物理學家不斷地探索宇宙發現星系、星雲、星系團、恆星、行星、小行星,不斷深入微觀世界發現電子、質子、中子、夸克、中微子、費米子、膠子等等。
  • 從「小宇宙」中尋找原始黑洞和暗物質—論文—科學網
    2020年諾貝爾物理學獎頒給了三位對黑洞研究有重要貢獻的科學家。