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【天富娱乐代理注册】美国NIST开发暗物质探测新方法:用十亿个微型摆锤充当探测器

据美国“物理学组织”10月14日消息称,美国国家标准与技术研究所(NIST)的研究人员提出了一种寻找暗物质的新方法。在设计的实验中,10亿个毫米大小的摆锤将充当暗物质探测器。这将是首个仅通过暗物质与可见物质之间引力相互作用来寻找暗物质的实验,也是少数可搜寻超小质量暗物质粒子(质量相当于一粒盐)的实验之一,这是此前难以企及的量级。相关结果近日刊发在《物理评论D》杂志上。

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可见物质只占宇宙组成物质的一小部分,而暗能量(一种加速宇宙膨胀的神秘物质)占据着主导地位,其次是暗物质。

在之前的实验中,物理学家力图寻找证据证明探测器中大质量弱相互作用粒子(WIMP,一种理论的暗物质粒子)在偶尔与化学物质碰撞时,会发光或释放出电荷。然而,证据的搜寻过程并不顺利,因为WIMP太轻了(理论上,其质量只介于电子和质子之间),无法通过引力来探测。

因此,NIST的研究人员考虑用一种更直接的方法来寻找质量相对稍大的、引力可以被探测到的暗物质粒子。

论文作者Daniel Carney介绍道:“我们建议纯粹地依赖引力耦合效应,这是唯一目前所知的发生在暗物质和普通发光物质之间的耦合。”

因为该实验中唯一未知变量是暗物质粒子的质量大小,而不是它与普通物质的耦合方式,“如果有人完成了我们设计的实验,他们要么能发现暗物质,要么能排除一大部分可能质量范围内的暗物质候选者。”Carney解释道。

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该实验的灵敏范围将覆盖质量为1/ 5000毫克到几毫克的粒子。这一质量范围特别有趣,因为它涵盖了所谓的“普朗克质量”——一个由三个基本自然常数决定的质量数,大约等于1/ 5000克。

该研究小组提出了两种实验方案,都涉及毫米级别的微型机械装置(它们充当精密而敏锐的引力探测器)。传感器将被冷却到略高于绝对零度的温度,以尽量减少与热有关的电噪音,并屏蔽宇宙射线和其他放射源。

第一种方案中,无数高度灵敏的摆锤都会因暗物质粒子经过时的拖曳作用而发生轻微偏转。在另一种策略中,研究人员建议采用磁悬浮的球体或激光悬浮的珠子。在实验开始时关闭悬浮,让球体或珠子处于自由落体状态。暗物质粒子经过时的引力作用会轻微地干扰自由落体的路径。

论文的另一位作者Jacob Taylor评论道:“我们利用物体的运动作为信号,从本质上来说,这与所有其他的粒子物理探测器都不一样。”

研究人员计算出,每立方米空间大约需要10亿个微型机械传感器,才能区分出真正的暗物质粒子和普通粒子。普通的亚原子粒子(如中子)在探测器中会停止运作,而暗物质粒子会像小型小行星一样快速地掠过传感器阵列,并以引力牵动其移动路径上的每个探测器。

另外,数十亿个探测器的协调运动将揭示暗物质粒子在阵列中快速移动的方向。

文章来源: 科学大观园

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