使用重力計網絡搜索隱藏在地球內部的暗物質

「房間裡的大象」 —搜索地球內部隱藏物質的實驗裝置插圖。

來自美因茨的科學家使用重力儀網絡試圖追蹤地球內部弱相互作用的物質。

約翰內斯·古騰堡大學美因茨分校（JGU）的PRISMA +卓越集群的Dmitry Budker教授和Nataniel Figueroa教授領導的跨學科研究團隊採用了一種尋找暗物質的新方法。他們評估了來自國際地球動力學和地球潮汐服務（IGETS）重力儀全球網絡的數據，尋找可能歸因於新物質形式的先前未知的信號。到目前為止，他們的搜索還沒有找到任何此類信號，但是他們已經計劃在項目的下一階段改進其方法，並與其他遵循類似計劃的小組一起加入。

德米特裡·布德克（Dmitry Budker）說：「儘管已經進行了各種嘗試，但仍無法發現暗物質，儘管我們知道它構成了宇宙中物質的很大一部分。」 「這就是為什麼我們必須不遺餘力，也要採用非常規的觀點並奉行不同尋常的想法。」 具體而言，研究人員在《歐洲物理學報》上的最新文章中概述了一種擬議的新方案。假設被困在地球內部靠近中心的假想的「隱藏內部物體」將以特徵頻率來回振蕩。

為了說明這一點，Budker描述了一個向地球墜落的物體。假設有一條從地球表面的一側到另一側的隧道通過了地球中心，則該物體將朝中心墜落，並由於重力而不斷加速，當到達另一側時，它將移動再次朝向地球表面，在此過程中再次減速並最終回落。換句話說，它將以特定的頻率振蕩。「由於沒有重力相互作用，如果沒有一條通向大量普通物質的隧道，這種情況將是不可能的。但是相互作用非常弱的物體（例如我們正在尋找的粒子）可以在不需要隧道的情況下執行這些振蕩。」 Budker指出。

因此，從理論上講，如果被困物體是由少量的某種「隱藏物質」（作者稱之為「隱藏內部物體」或「 HIO」）組成的，則這種情況只會發生，如果有的話，這種情況很小，與正常物質的非引力相互作用。引力甚至導致難以捉摸的暗物質與普通物質相互作用。因此可行的是，這種潛在的HIO可能是被重力限制在地球內部的暗物質粒子。

總而言之，這表明了誘人的前景。「我們的想法是，有可能通過靈敏地測量由於地球表面重力引起的加速度來檢測這種HIO的存在，」該論文的合著者和美國國家研究金計劃研究員Nataniel Figueroa解釋說。美因茨物理學院，負責協調PRISMA +卓越集群中與研究生培訓和培養年輕研究人才有關的所有活動。「我們不需要構建自己的實驗來獲取這些數據，因為它已經可用並且可以公開獲取。這些數據已由國際地球動力學和地球潮汐服務（IGETS）全球重力儀網絡收集。」 分布在地球周圍

研究人員在他們目前的論文中解釋了如何使用傅立葉分析在IGETS數據集上搜索特徵光譜線，這些光譜線可以指示HIO的存在-甚至暗物質的存在。在這種情況下，網絡中的每個重力計將以HIO軌道的幾何形狀和重力計位置確定的特徵頻率檢測到微弱的周期性信號。在最初的分析中，研究人員無法找到任何有關HIO的證據，甚至無法發現暗物質。但是，他們認為有可能將搜索的靈敏度提高几個數量級，例如，通過更好地了解其他地面噪聲源和更高級的數據分析。另外兩個研究小組目前也正在使用類似的方法來搜索地球內部的暗物質。德米特裡·布德克（Dmitry Budker）解釋說：「我們已經與同事聯繫，討論未來的合作，因為該項目肯定會受益於我們的資源和想法。」