认知宇宙的新窗口,再一次产后虚脱

暗物质轴子探测:认识宇宙的新窗口

地艺术学家们猜测,看不见、摸不着的暗物质(Dark 马特er),大略攻陷宇宙品质的 85%
。遗憾的是,其与正规物质的互相作用非常衰弱,以至于物农学家们生龙活虎找正是二十几年。

再次落空 暗物质新实验未发现轴子证据

■高宇 李闯 李田军

少年老成种被称呼“轴子”的疑似暗物质粒子,属于长时间的候选之风流洒脱。可是近来,科学家们曾经经过新型的研商,将这种大概消弭在外。

科学和技术晚报北京5月三十五日电
据物军事学家组织网近早报导,美利坚合作国物法学家正在进展生机勃勃项新尝试,希望能探测到假想中的暗物质粒子——轴子的“一望可知”,但第豆蔻年华轮观测结果未发掘品质介于0.31—8.3皮米电子伏特范围内的轴子的马迹蛛丝。那意味那一品质范围内的轴子或许空中楼阁,要么对电和磁的影响比原先感到的要小。

近来,美国伊利诺伊香槟分校高校物工学家完成了大器晚成项名叫ABRACADABRA(魔术师用语:见证神蹟的时刻,简单称谓为ABRA)的轴子搜寻技艺的开始的一段时期测验。那项实验的目标是期望能探测到轴子型暗物质粒子。

在风流罗曼蒂克项最新的试验中,地管理学家开采那么些假想粒子(起码在放任自流品质范围内)并空中楼阁。(via:New
Atlas)

新式实验首席商量员、巴黎综合理历史大学物教育学教师Lynd利·温斯洛说:“那是第一遍有尘世接研究这么些轴子空间。”

实验首席研讨员、内布拉斯加香槟分校大学物医学教师Lindley
温斯洛说:“那是首先次有世间接探测那些品质范围的轴子……作为暗物质,轴子也许不会影响你的平时生活,但它们会潜濡默化宇宙的膨胀和大家在夜空中看见的星系的多变。”

关于暗物质的可能构成,物工学家们曾经提议了成都百货上千理论。然则开采暗物质的不比实验,平日集中在豆蔻梢头种特定类型的粒子上。即使未能找到确切的情节,但那足足有利于收缩现在探讨的势头和约束。

轴子是大器晚成种假想出来的为主粒子,被以为是宇宙中品质最轻的粒子之生龙活虎,与宇宙中其余物质的相互功用极微小。那一个比较轻粒子固然真的存在,大家也看不见它,但它能够暗物质的样式结合宇宙质量的85%左右。

ABRA实验现存的探测灵敏度弱于澳国核子中央已部分太阳轴子望远镜,下风流罗曼蒂克阶段的实验灵敏度推断也远远达不到QCD轴子理论预感的耦合强度。

以前,HADES 粒子探测器已经杀绝了“暗光子”(Dark Photons),且 LUX 和
XENON1T 也消亡了一些类别的“弱互相功效”大质量粒子。

温斯洛说:“作为暗物质,轴子应该不会影响你的平时生活,但它们大概会耳熏目染宇宙的膨胀和我们在夜空中见到的星系的变异。”

温斯洛称,他们将三翻五次启动试验,以到达更加高的灵敏度,与此同一时间,他们也安插扩大尝试规模,希望得以探测到品质更轻的轴子。

正文介绍的时尚讨论,围绕另三个比不上的疑心指标开展,它正是“轴子”。假想中那类体态轻盈的中性粒子无处不在,且与周围的上浮的健康物质相互不起效能。

为探测轴子踪迹,二〇一六年,加州圣巴巴拉分校学院的三位理论家提议了风度翩翩项实验——“用一个加大的b场环装置来探测宇宙轴子的宽带/共振方法”(ABRACADABRA)。他们建议设计后生可畏种Mini环状磁铁,将其内置温度略高于相对零度(零下273.15摄氏度)的智能三门电冰箱中,以模拟“磁星”的极其情形。磁星是后生可畏种特别的中子星,能生出极为强大的磁场。他们建议,如若轴子海市蜃楼,环形磁铁主旨就应该未有磁场;假如轴子存在,宏大的磁场会产出轻微的骚动,创建出另三个小得多的磁场,探测器应该能够“看见”那生机勃勃磁场。

轴子是大器晚成种超过正规模型预感的赝标量基本粒子。最初由Peccei、奎因、Weinberg、Wilczek等人建议,并由Wilczek命名。轴子源自于高能标的对称性破缺,能够消除量子色引力学的疑难难题和中子电偶极矩的精工细作调整问题。

有理论称,轴子可能会与电、磁发生互相成效,所以研商人士调节通过特地设计的实行来检查评定。

该理论设计宣布之后,Winslow最初营造实验。

国际上的其余主流轴子探测多数聚集于微电子伏特,如由Sikivie等人提议,现献身华盛顿高校的高精度微波共振腔实验ADMX。

首席商量员 Lindley 温斯洛代表:“暗物质不会对大家的日常生活产生震慑,但它们被感到或者宇宙的膨胀、以至大家在夜空中观看到的星系产生”。

二〇一八年,温斯洛共青团和少先队开展了试验的第一回试运作,在当年10月至九月之内不停取样。对那一时期的数量开展深入分析后,他们尚无察觉品质介于0.31至8.3皮米电子伏特区间的轴子。

北卡罗来纳教堂山分校高校商酌物经济学家们提议了ABRA实验方案,用于探测更低品质的纳电子伏的轴子。二零一八年,德克萨斯奥斯汀分校高校的物管理学家温斯洛团队进行了这几个试验的第三遍试运作,在当下四月至十月里边不停取样。

新式轴突探测器的横截剖面图

温斯洛称,他们将持续运转业前实验,以寻觅更加小更弱的轴子。与此相同的时候,他们也计划扩展尝试规模,希望检查实验到更微弱的轴子,以尤其揭破暗物质的私人商品房。

粒子物理的正经八百模型是人类认知自然的伟大捷利,可是,众多迹象注脚那黄金年代正规模型并残缺。除无法解释暗物质、暗能量等天管理学和大自然学上的意识之外,规范模型自己也许有大器晚成都部队分主题素材。

多年前,瓦伦西亚希伯来学院的钻研人口,提议了一个理论上可用于检查测量试验轴子的商量实验。轻巧说来正是:

物工学的上进历史注明,理论自己的急需是向阳新物理的必经之路。轴子源点于标准模型中量子色引力学解释本身理论疑难的须求,同期又足以对大自然中的暗物质加以合驾驭释。因此,轴子的提出既是理论自个儿的供给,同期又能够解释暗物质的阅览结果。故轴子在物质的主导互相功能和大自然起点与蜕变两大科学难点方向上都富有重大意义。

由电磁场的品质可以知道,环形磁铁的主导不应有磁场。但若有轴子在四处乱窜,它们恐怕会在丰盛‘死区’创制出多个柔弱的数字信号。

更有趣的是,相近轴子的粒子广泛存在于高时间和三个维度的评论中,如超弦理论。由此,轴子也是开发普朗克能标物理的贰个窗口。但是,轴子的申辩品质范围极其广阔,最轻的模子能够小到Witten等人建议的zepto电子伏特(纳电子伏特的万亿分之一),而量子色重力学模型则扶助于微电子伏特。

温斯洛代表,那项试验的见识极度摄人心魄,假设能找到疑似轴子的时域信号,那它差非常少不或然是其他原因。

一时化学家们尚不能够鲜明轴子的切实可行品质,由于它们与日常物质的耦合特别弱,那给实验探测带来了挑战。但是少年老成旦能够在尝试上表达轴子或类轴子的存在,则会让我们的基础理论向着物教育学终极难题提升级中学一年级大步。

正视放大 B 场环装置,研商团体将那项实验命名称为‘宇宙轴子探测的风度翩翩种宽频 /
共振方法’(简单的称呼 ABRACADABRA)。

重力波的意识为人类张开了认知宇宙的全新窗口,暗物质轴子的探测是或不是能够开采另意气风发扇窗?大家静观其变!

超级多,该装置正是三个小型圆环状磁铁,被保险在制冷至趋近相对零度的腔室中。最近其已做到那套系统的营造,而且发布了新式的试验结果。

(作者单位:中科院高能所、中国科高校理论物理研商所)

为平衡来自冷却系统的震荡烦懑,舱室被悬吊在细线上,别的实验室屏蔽了表面包车型地铁热量、噪声和电磁苦恼。

《中黄炎子孙民共和国科学报》 (2019-05-07 第8版 查究意识)

在试验进行的率先个月,团队还未检查测试到别的品质在 0.31 到 8.3
纳电子伏特之间的轴子的征象。

简单来讲,商讨团体得出了三种大概的定论 ——
要么轴子比那三个范围更加大或越来越小,要么它们对电磁的震慑,比原先考虑的还要小。

可是此次试验的测量检验精度已经超级轻微,唯有百亿分之风流浪漫。当然,那项研究的不行结果,并没有反驳暗物质的辩白。

现阶段物艺术学家依然有一长串的‘候选粒子’,每二次的实践赶过,都以更进一竿压缩了筛查的主旋律与限制,让大家更是临近于极端的答案。

依赖,诸如 nEDM
之类的别样实验,已经对此外品类的候选粒子张开搜寻。在今后的实施中,大家仍然有梦想迎来在必然品质范围内的结果。

有关那项商讨的详细的情况,已经公布在这里段日子问世的《物理商酌快报》(Physical
Review Letters)上。原标题为:

《First Results from ABRACADABRA-10 cm: A Search for Sub-μeV Axion Dark
Matter》

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