相互連接的粉紅色細絲在深藍色背景下形成蜘蛛網(wǎng)圖案。星系間伸展的揭示宇宙網(wǎng)中暗物質(zhì)細絲的可視化。(圖片鳴謝:雄鷹計劃)
（神秘的神秘地球uux.cn）據(jù)美國太空網(wǎng)（羅伯特·李）：一種新方法可以幫助科學家們揭示宇宙中最神秘的物質(zhì)，方法是物質(zhì)縮小對特定暗物質(zhì)候選物——隱藏的“暗光子”的搜索范圍。
暗物質(zhì)約占宇宙物質(zhì)含量的隱藏的85%,但由于它不與光相互作用或相互作用非常微弱，所以實際上它是揭示不可見的。暗物質(zhì)似乎沒有電磁相互作用的神秘事實意味著科學家知道它不可能由構成恒星、行星和我們身體的物質(zhì)“正常”物質(zhì)的原子組成。
暗物質(zhì)的隱藏的神秘對科學家來說是一個如此緊迫的問題，因為這意味著我們看到的揭示物質(zhì)只占宇宙中物質(zhì)的15%，不包括能量。神秘這導致了對潛在暗物質(zhì)候選者的物質(zhì)研究，例如所謂的隱藏的“隱藏”或“暗”光子。
這些暗光子將不同于普通光子，揭示普通光子是神秘組成光的無質(zhì)量粒子，因為暗光子理論上具有質(zhì)量。然而，暗光子的質(zhì)量很小，大約比一個電子的質(zhì)量小20個數(shù)量級。正是這種超輕的性質(zhì)使得暗光子成為暗物質(zhì)的一個很好的候選者，也使得它們難以被探測到。
暗光子最初被認為是暗物質(zhì)的候選者，因為從理論上講，它們與普通光子的相互作用很弱，這意味著它們可能在加熱早期宇宙中發(fā)揮了作用。這一行為將解釋為什么宇宙網(wǎng)，一個宇宙中連接星系的大規(guī)模結構，比哈勃太空望遠鏡觀測到的預測更熱。
現(xiàn)在，來自加州理工學院(Caltech)的研究人員提出了一種新的暗光子探測方法。雖然這種新策略尚未發(fā)現(xiàn)任何假設的粒子，但它對它們的特征進行了限制，這將有助于未來的搜索。
“隱藏光子暗物質(zhì)實驗的靈敏度取決于暗物質(zhì)信號與你能探測到的最小信號相比的強度，”團隊成員，牛津大學物理系的研究員Nikita Klimovich告訴Phys.org。
“對于隱藏光子搜索，暗物質(zhì)信號的幅度與所用金屬盤的面積成比例，而最小可檢測信號水平在很大程度上取決于用于讀取天線的放大器的噪聲水平(干擾)，”克利莫維奇補充道。
一次超酷的暗物質(zhì)搜尋
該團隊暗光子搜索的靈感來自之前一項名為SHUKET實驗的尋找隱藏暗物質(zhì)的嘗試，該實驗使用了電磁望遠鏡。
“激發(fā)這項工作的先前研究，如SHUKET實驗，通常旨在通過使用一個非常大的碟形天線來最大化信號強度，同時使用他們可以獲得的最好的商業(yè)低噪聲放大器，”Klimovich解釋說。
然而，該團隊在新的研究中采取了不同的方法，使用量子限制放大器而不是現(xiàn)成的放大器，并在令人難以置信的低溫下進行暗光子搜尋。他們在零下459華氏度(零下272.9攝氏度)到零下459.6682華氏度(零下273.149攝氏度)之間的溫度下進行搜索，這比理論上可能的最低溫度——絕對零度——只高出幾分之一度。
雖然與使用現(xiàn)成技術的其他實驗相比，這使科學家能夠顯著降低他們可以檢測到的最小信號水平，但它也有一個主要缺點。科學家們用來冷卻他們儀器的低溫恒溫器裝置的小真空絕緣環(huán)境嚴重限制了他們在研究中可以使用的球形金屬盤的大小。
盡管這意味著比SHUKET和其他暗物質(zhì)搜尋實驗探測到的信號低得多，但該團隊希望這一劣勢可以通過他們收集的測量結果的靈敏度增加來抵消。
“如果存在一個隱藏的光子，其質(zhì)量對應于我們敏感的頻率范圍，那么與參考相比，我們應該會看到一個小的多余能量塊來自碟形天線，”克利莫維奇說。“因為我們沒有看到這樣的信號，所以我們可以根據(jù)我們能夠檢測到的最小信號水平，為這樣一個隱藏的光子粒子與電磁場的耦合設置一個新的上限。”
雖然暗光子的信號沒有出現(xiàn)在團隊的測量中，但科學家們采取的方法對理論上的隱藏光子提出了嚴格的新限制。隨著尋找暗物質(zhì)候選者的繼續(xù)，這些限制和這種新方法最終可能在發(fā)現(xiàn)暗光子方面發(fā)揮作用，從而解決暗物質(zhì)之謎。
“除了對探測設置的新限制，我們還展示了一種未來隱藏光子實驗的非常可行的方法，”克利莫維奇總結道。
該小組的研究發(fā)表在上個月的《物理評論快報》上。
作者:焦點
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