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研究人员称,暗能量可能是神秘实验信号的罪魁祸首
如果亚平宁山脉下的一堆液态氙气发现了宇宙的68%,那会怎样呢?
上图:无尘室中的 XENON1T 时间投影室(TPC)。
剑桥大学的一组物理学家怀疑,暗能量可能混淆了 XENON1T 实验的结果,XENON1T 实验是一系列深藏在地下的大桶氙气,被用来寻找暗物质。
暗物质和暗能量是当代物理学中讨论最多的两个难题。这两个“黑暗者”是一些神秘事物的占位符名称,这些事物似乎正在影响宇宙及其内部物质的行为。暗物质指的是一种看似不可见的物质,它只能通过其引力效应才为人所知。暗能量是指宇宙加速膨胀的尚未能解释的原因。根据NASA的数据,暗物质被认为约占宇宙的27%,而暗能量占68%。
物理学家们有一些想法来解释暗物质:比如轴子、弱相互作用重粒子(WIMPs)、强相互作用大质量粒子(SIMPs)和原始黑洞。但暗能量则要神秘得多。现在一组研究 XENON1T 数据的物理学家表示,这种意想不到的过量活动可能是由于这种未知的力量,而不是任何暗物质的候选物质。
XENON1T 实验被深埋在意大利亚平宁山脉下,被设置得尽可能远离任何噪音。它由大桶液态氙气组成,如果与经过的粒子相互作用就会发光。在2020年6月,XENON1T团队曾报告说,该项目观察到了比在标准物理模型下更多的相互作用,这意味着它可能正在探测轴子等理论上的亚原子粒子,或者实验可能有问题。
该项目的研究人员、意大利弗拉斯卡蒂国家实验室(Frascati National Laboratories)的研究员卢卡·维西内利(Luca Visinelli)表示:“这种过度行为通常是偶然的,但偶尔也会导致根本性的发现。我们探索了一个模型,在这个模型中,这个信号可以归因于暗能量,而不是实验最初设计来检测的暗物质。”
研究人员表示:“我们首先需要知道这不是偶然的。如果XENON1T真的看到了什么,你会期望在未来的实验中再次看到类似的过量,但这一次,是一个更强的信号。”
尽管,暗能量构成了宇宙的很大一部分,但它还没有被识别出来。许多模型表明,除了宇宙中已知的四种基本力之外,可能还有某种第五种力,这种力量一直隐藏着,直到你看到一些最大规模的现象,比如宇宙的更快膨胀。
从太阳发射出的轴子似乎是对过度信号的一种可能的解释,但这种想法也存在漏洞,因为这需要重新思考我们对恒星的了解。研究人员告诉我们:“即使是我们的太阳,也不会像现在这样与最好的理论模型和实验一致。”
寻找暗能量的部分问题是“变色龙粒子”(也被称为太阳轴子或太阳变色龙)。这是因为它们理论上能够根据周围物质的数量改变质量。 这将使粒子在穿过像地球这样的致密物体时的质量变大,并使它们对周围质量的作用力变小。 最近的研究团队建立了一个模型,该模型使用变色龙筛选,来探测暗能量在远远超出稠密局部宇宙的尺度上的行为。
该项目的另一位研究人员、剑桥卡夫利宇宙学研究所的宇宙学家桑尼·瓦格诺齐(Sunny Vagnozzi)表示:“我们的变色龙筛选关闭了非常密集物体中暗能量粒子的产生,避免了太阳轴子面临的问题,它还使我们能够将局部非常密集的宇宙中发生的事情,与密度极低的最大尺度上发生的事情分离。”
该模型使团队能够了解,如果暗能量是在太阳的强磁区域中产生的,XENON1T 会如何表现。 他们的计算表明,暗能量是可以用 XENON1T 检测到的。
实际上,自从首次发现多余的物质以来,XENON1T 团队“试图以任何方式摧毁它”。但信号的顽固,既令人困惑又令人兴奋。
其实,这项研究提出了一种令人兴奋和有趣的可能性,可以将暗物质检测实验的范围扩展到直接检测暗能量。XENON1T 过剩的案例研究肯定没有定论,科学家们必须等待更多实验的更多数据,来测试太阳变色龙想法的有效性。
下一代 XENON1T实验 称为“XENONnT”,计划在今年晚些时候进行首次试验。 对实验的升级有望消除任何噪音,并帮助物理学家了解到底是什么干扰了地下探测器。
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