暗物质面临终极考验
时间:2017-12-07

  暗物质正面临终极考验 - 新闻 - 科学网

  对于暗物质研究来说,这是一个让人烦恼的禁忌:要求检测暗物质,难以说服;不能确认,解释清楚不容易。现在,四个使用相同类型探头的设备正在准备或等待上线。物理学家说,这些测试将在三年内证实暗物质的存在,或完全消除这一点。

  这将被解决。普林斯顿大学的一位研究员弗兰克·卡拉格(Frank Calaprice)说,

  最初声称检测暗物质的是DAMA协作组,它的探测器位于意大利罗马东部大萨索山深处的一个实验室内。十多年来,它已经报道了大量暗物质存在的证据。韩国首个新的探测器计划在几周内开始收集数据。未来几年,其他探测器将在西班牙,澳大利亚和大萨索发射。所有四种装置将使用碘化钠晶体来检测暗物质。

  科学家有充足的证据表明存在暗物质,或者至少是普通物质的五倍。然而,暗物质的本质仍然是一个谜。普遍的假设是,至少有一部分暗物质是由大质量弱相互作用粒子(WIMP)组成的。在地球上,WIMP偶尔会碰到核心。

  如果在探测器中发生这种情况,DAMA的碘化钠晶体会产生闪光,同时,虽然自然产生的放射性产生了这样的闪光,但DAMA在1998年首次宣称要探测WIMP,因为闪光的次数每一天生产都随着季节而变化。

  他们认为,如果信号从太阳系泄漏到地球的WIMP中,那么它就是科学家所期望的,因为它穿过银河暗物质辉光,在这种情况下,穿过地球的粒子数量应该在6月初,当地球的轨道运行与太阳一致时,在12月初地球的操作偏离太阳时达到最小值。

  这里有一个很大的问题。如果真的是暗物质,许多其他测试应该找到它。德国卡尔斯鲁厄理工学院的理论物理学家托马斯·施维茨 - 曼戈尔德(Thomas Schwetz-Mangold)说,迄今为止,但并非如此。然而与此同时,在DAMA试验中发现弱点的所有尝试都失败了,例如研究人员没有考虑到环境影响。调制信号在那里。加州大学圣地亚哥分校的凯旋妮说。 Ni致力于XENON1T的暗物质测试。但是,如何从黑暗或其他物质中解读这个信号仍然是不确定的。

  尽管KIMS项目使用了碘化铯,但是其他全面测试都没有在检测器中使用碘化钠。因此,暗物质可能以不同的方式与钠相互作用。今天,西班牙萨拉戈萨大学的三个暗物质勘探小组KIMS,耶鲁大学的DM-Ice和ANAIS都收到晶体,其大约是DAMA背景放射性的两倍,他们认为这样的纯度足以测试其结果。

  KIMS和DM-Ice团队在首尔以东160公里的襄阳地下实验室组装了碘化钠探测器。管理KIMS的KIMS大田地下物理中心主任Yeongduk Kim表示,该设备使用一个传感器来隔离暗物质信号和噪声。

  ANAIS正在西班牙比利牛斯山脉的Canfranc地下实验室建造一个类似的探测器。 KIMS / DM-Ice和ANAIS共同将有大约200公斤的碘化钠,数据将被共享。这与DAMA公司的250公斤几乎是一样的,他们可以捕获相似数量的WIMP。耶鲁大学研究人员Reina Maruyama指出,虽然较新的探测器会有更高的背景噪声,但仍应该是可能证明DAMA信号是伪造的或重现这些信号。

  然而,Calaprice认为,高纯度比质量更重要。他和他的合作者开发了一种减少污染的技术,并在今年1月份宣布,首次获得了比DAMA中使用的纯度高于碘化钠的晶体。他希望进一步把背景水平降低到DAMA的十分之一。

  SABER项目将对位于Gran Sasso的Stawell地下物理实验室和澳大利亚维多利亚的一座金矿进行探测。它还使用传感器从噪音中提取暗物质信号,重达50公斤。

  根据Calaprice的说法,SABRE应该在一年左右的时间内完成研发阶段,并在此后不久建立探测器。之后,它也将允许其他实验室获得这项技术,这是DAMA所没有的。在北半球和南半球有一个双探测器可以阐明环境效应是否模拟DAMA结果中发现的暗物质季节效应。如果信号来自WIMP,则两个检测器应该能够同时看到峰值。

  来自罗马第二大学的DAMA发言人Rita Bernabei表示,DAMA将不会在2017年前发布其最新的结果,她对即将到来的碘化钠探测器没有希望,我们的结果在14个年度周期中被无数次检查,所以我们没有理由对其他人的结果感到兴奋,同时她说,如果没有其他的年度测试信号被发现,她的团队会认为他们没有足够的敏感度(宗华)

  “中国科学”(2016-04-14第3版国际)

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  自然报告(英文)