一个著名的暗物质信号可能来自其他东西

多年来,物理学家们一直在试图对意大利一座山中一个实验发出的信号进行复核,这个信号非常像一个被称为WIMP的暗物质可疑物。之前试图用其他项目来观察这个信号的尝试都失败了,现在,与最初的那个最相似的实验发表了结果:它也没有发现什么。

没有人知道暗物质是什么,WIMP是一个占位术语,用来描述我们只能通过其引力探测到的不可见物质,但有一种解释暗物质的候选物质是弱相互作用大质量粒子(wimp)。他们的想法是,一些亚原子粒子确实有质量,但与普通物质的相互作用非常弱,以至于我们还没有检测到它们。人们搜索大质量弱相互作用粒子的方式主要是将极其敏感的探测器放置在地下深处,在那里它们可以免受许多可能产生误导信号的影响。

在2017年检测到WIMP信号的是被称为DAMA/LIBRA的实验。DAMA/LIBRA使用碘化钠晶体作为暗物质的目标,他们的想法是,如果暗物质穿过晶体,它们会被激发,变得更亮。其他通过其他方式寻找大质量弱相互作用粒子的实验,如意大利的XENON1T和日本的XMASS-I,都未能找到DAMA/LIBRA所看到的信号。

cos-100实验是在韩国地下2300英尺的一个实验室里进行的。cos-100使用了超过200磅的同样的碘化钠晶体,使它很好地模拟了DAMA/LIBRA。cos-100自2016年以来一直在寻找WIMP信号。它的第一次搜索一无所获。它的下一个搜索从2016年10月持续到2018年7月,结果发表在今天的《科学进展》杂志上。cos-100小组报告说,他们发现的结果和上次一样少,这可能意味着有争议的DAMA/LIBRA结果的终结。

耶鲁大学物理学家、最近这篇论文的合著者Reina Maruyama在一封电子邮件中说:“我们的团队发现,在我们认为的最基本假设下,DAMA观测到的不可能是暗物质。”“我们还没有强有力地测试DAMA对年度调制的观测,DAMA认为这是暗物质造成的。这是我们的下一个重点。”

DAMA/LIBRA采用与大多数实验不同的方法来探测暗物质。虽然其他的设备要么通过已知粒子的碰撞来寻找暗物质粒子,要么寻找背景信号,DAMA/LIBRA自2003年实验开始运行以来,已经观察到一些无法解释的信号的规律性调制,地球接收到的信号数量不同,取决于它的方向。其他项目未能看到相同的信号,这是在电磁波谱的x射线波段。但是,也许是由于实验管理噪音的方式,正如伊桑·西格尔在《福布斯》上报道的那样,DAMA/LIBRA的人可能已经看到了一个原本没有的信号。

DAMA/LIBRA发言人Rita Bernabei是意大利国家核物理研究所和罗马托尔维加塔大学(University of Rome Tor Vergata)的物理学家,她说,cos -100论文“根本没有改变暗物质研究”。“考虑到天体物理、核物理和粒子物理方面可能存在的许多模型,以及相关参数和假设方面存在的许多不确定性,从实验和理论角度来看,进行认真的比较是一项相当复杂和不确定的工作。”伯纳贝强调,这两个探测器是不一样的,cos-100小组的方法可能产生“巨大的不确定性和偏差”。

“虽然我们的结果不支持的暗物质解释DAMA假设使用最广泛的暗物质模型,我们不能说DAMA是什么,”苏Hyun Lee说,最近的一篇论文的合著者和物理学家中心的地下研究所的物理学基础科学在韩国,Gizmodo在一封电子邮件。换句话说,DAMA有某种信号,但cos -100的结果表明它不是暗物质。

一些物理学家,比如芝加哥大学的Dan Hooper,确实认为新的实验已经很好地证明了DAMA/LIBRA实验不是我们找到大质量弱相互作用粒子的方法,如果它们存在的话。

“我的观点是,在过去的10到15年里,越来越难以相信DAMA合作报告的信号真的是暗物质粒子的结果。一个接一个的实验结果都未能证实DAMA的说法,”Hooper在一封邮件中说。“我认识的大多数物理学家(包括我自己)基本上在多年前就放弃了这种可能性。”

“话虽如此,我们都认为,如果能进行一项实验,使用与DAMA完全相同的目标材料,那将是最有说服力的,”Hooper补充说。“cos实验正是如此,而他们什么都没看到的事实,确实是DAMA暗物质解释的棺材上的一个大钉子。我仍然不知道DAMA看到的是什么——也许是一些奇怪的背景,或者只是他们犯了一些错误。但不管发生了什么,它似乎与暗物质没有任何关系。”

大质量弱相互作用粒子已经失去了作为暗物质候选物质的动力。轴子,一种小得多的粒子,近年来成为一个热门话题,甚至像原始黑洞这样的巨大物体在某些圈子里仍然是一种假设。目前还没有人能够证实暗物质的直接探测,但大量的实验正在不同的空间进行。

Maruyama说:“我很高兴看到我们在XENONnT、LZ和SuperCDMS等大型WIMP实验中发现了什么。”“我还发现轴子很有吸引力,我很兴奋能从事HAYSTAC及其扩展的工作。有了cos,我们可以继续寻找大质量弱相互作用粒子,当然,下一步是进行dama年度调制的最终测试。”每年的变化就是那个奇怪的信号本身,它在每年的过程中会有起伏。不能因为它不是暗物质就认为它不有趣。

在物理学中,发现“无”与发现“有”一样具有启发性;在暗物质的例子中,它可以告诉科学家,他们需要寻找别处。

作者:是柚子呀,如若转载,请注明出处:https://eozlab.com/zirankexue/wuli/1827.html