讓監測變更容易:科學家提出由數十億個小擺錘組成的暗物質監測器

據外媒報道,盡管已經尋找了幾十年,科學家們到目前為止仍還沒有發現任何確定的暗物質跡象。但一種使用了數十億個微小擺錘陣列的新探測器設計最終可以通過尋找暗物質強大引力效應來打破沉默。我們知道,質量和重力是密不可分的。一個物體的質量越大它的引力就越強。這就是大家首先要知道的有關暗物質存在的原因,然而幾十年的天文觀測表明仍沒有足夠的可見質量來解釋我們人類所能看到的引力效應。

讓監測變更容易:科學家提出由數十億個小擺錘組成的暗物質監測器

由於暗物質不會發射、不會反射也不以任何方式跟光相互作用,所以截止到目前它逃脫了來自人類的直接探測,但這其中卻不乏嘗試。其中一種主要的搜尋方法是使用了一個裝滿探測器液體如氙、超流氦或過冷水的大容器,然後等待一個可能只意味着暗物質粒子跟容器中的原子碰撞的反應。

其他的實驗則集中在對電磁干擾的探測上,這些干擾被預測為軸子這種假想粒子的副作用。然而問題是,這些系統依賴於對暗物質粒子其他特性的假設。反之,新探測器設計專注於人們所知道的關於暗物質的一件事–它強大的引力影響。

在這項新提出的實驗中,10億個微小的擺錘將被懸掛在一個約10米長的立方空間中,激光負責跟蹤它們的運動。原理聽起來很簡單–如果一個暗物質粒子碰巧快速穿過儀器,那麼它的質量會將最近的擺錘短暫地拉向它。

雖然環境「噪音」會使擺錘不停地擺動,但暗物質信號會突顯出來。因為這些粒子中的一個會不受阻礙地直接通過,你會看到一排擺錘突然一個接一個地受到干擾。研究一個經過的粒子給每個擺錘施加了多大的力還可以揭示暗物質的細節信息包括粒子的速度和方向。

研究小組表示,這種方法很有希望,因為它並不依賴於暗物質的其他屬性–而只依賴於已知的引力影響。唯一未知的因素就是它的質量,而這台儀器對各種質量的粒子都很敏感,從約1/5000分毫克到幾毫克。這比實驗中常見的范圍要重得多。

「我們的提議完全依賴於引力耦合,這是我們唯一確定暗物質和普通發光物質之間存在的耦合,」該項研究的論文合著者Daneil Carney表示,「如果有人按照我們的建議進行實驗,那麼他們要麼找到暗物質,要麼排除大范圍可能的暗物質候選者。」

不過這個想法在有人實現這個設計之前仍只是個純粹的概念性–盡管如此,它仍然非常有趣。

相關研究報告已發表在《Physical Review D.》上。

來源:cnBeta