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  • 暗物质轴子探测:认识宇宙的新窗口

    来源:www.shuoshisheng.net 发布时间:2019-12-29

    作者:李闯李天俊,高宇资料来源:中国科学新闻,发布时间:2019/5/7 9:07:36

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    暗物质轴探测:了解宇宙的新窗口

    ■高李煜李闯天俊

    近日,美国麻省理工学院物理学家完成了一项名为ABRACADABRA的axion搜索技术的早期测试 这个实验的目的是探测轴子暗物质粒子

    林德利温斯洛(Lindley Winslow)是麻省理工学院的首席实验研究员和物理教授,他说:“这是第一次有人直接探测到这种质量范围内的轴子.作为暗物质,轴子可能不会影响你的日常生活,但它们会影响宇宙的膨胀和我们在夜晚看到的星系的形成空 “

    ABRA实验现有的探测灵敏度比欧洲核子研究中心现有的太阳轴子望远镜(CAST)弱,下一阶段的实验灵敏度预计远低于QCD轴子理论预测的耦合强度。

    Winslow说他们将继续进行实验以获得更高的灵敏度。同时,他们还计划扩大实验规模,希望能探测到更轻的纺锤波。

    axion是一个超出标准模型预测的伪标量基本粒子 它最早是由佩切伊、奎因、温伯格、威尔切克等人提出的,并由威尔切克命名。 轴子起源于高能靶的对称性破缺,可以解决量子色动力学和中子电偶极矩精细调节的难题。

    世界上大多数其他主流轴子探测器都集中在微电子伏特上,如西克维等人提出的高精度微波谐振腔实验ADMX,目前位于华盛顿大学。

    麻省理工学院理论物理学家提出ABRA实验方案来检测低质量纳米电子伏特的轴突 2018年,麻省理工学院物理学家温斯洛的团队进行了该实验的首次试运行,从当年7月至8月采集样本。

    粒子物理的标准模型是人类理解自然的伟大胜利,但许多迹象表明这个标准模型是不完整的。 除了无法解释暗物质和暗能量等天文和宇宙发现之外,标准模型本身也有一些问题。

    物理学的历史表明理论本身的需要是获得新物理学的唯一途径。 轴突源于标准模型中量子色动力学解释自身理论困难的需要,同时它们可以合理地解释宇宙中的暗物质。 因此,提出的轴子不仅对理论本身是必要的,而且可以解释暗物质的观测结果。 因此,轴子在两个主要科学问题上具有重要意义:物质的基本相互作用和宇宙的起源和演化

    更有趣的是,类轴子粒子(axion-like粒子)广泛存在于高时间空维度的理论中,如超弦理论。 因此,轴子也是开启普朗克能量标准物理学的窗口 然而,轴子的理论质量范围非常宽。最轻的模型可以小到Witten等人提出的zepto电子伏特(纳米电子伏特的万亿分之一),而量子色动力学模型倾向于微电子伏特。

    目前,科学家仍然无法确定轴子的具体质量,因为它们与普通物质的耦合非常弱,这给实验检测带来了挑战 然而,一旦轴子或准轴子的存在能够通过实验得到验证,我们的基本理论将朝着物理学的终极问题迈出一大步

    引力波的发现为人类了解宇宙打开了一扇新的窗口。暗物质轴子的探测能打开另一扇窗吗?我们等着瞧吧!

    (作者:中国科学院高能物理研究所、中国科学院理论物理研究所)

    《中国科学报》(发现,第8版,2019-05-07)

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