新實驗:無證據顯示暗物質作用於原子核

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【大紀元2020年06月18日訊】(大紀元記者張妮編譯)除了近期在大型離子對撞機內進行的尋找暗物質的實驗,一組德國科學家在實驗室內使用精確的儀器也進行了實驗,發表在《自然》(Nature)期刊上。

科學家還不確定,暗物質自身之間是否存在相互作用,與普通物質是否通過電磁力、弱核力或強核力,還是其它未知的作用力發生作用,但是從至今一無所獲的進展來看,科學家推測暗物質即使與普通物質存在相互作用力,也是極其微弱。

在尋找暗物質的路上,科學家近年來實驗的思路是,在盡可能排除任何外界干擾的情況下,用高精度儀器測量粒子間的除了引力以外的基本作用力,即上面提到的電磁力、弱核力或強核力。科學家認為,從實驗結果看到任何一點與預期的偏差,就說明是暗物質或者暗能量介入的效果。

一些研究者使用歐洲核研究組織(CERN)的大型對撞機進行實驗,另一些研究者則在具有高敏感度設備的實驗室內進行,比如這項由德國杜塞爾多夫大學(Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf)教授席勒(Stephan Schiller)負責的實驗。

這項實驗目標測量質子和氘子之間的電磁力。這裡的質子是氫原子的質子,氘子(Deuteron)是氘原子的原子核,由一個質子和一個中子組成。

他們研究的是一種特殊的分子離子HD+。一個氫原子和一個氘原子組成的分子,被剝奪了一個電子後產生的氫氣離子。這使得來自於氫原子的質子和氘子僅由一個電子綁定(而不是通常的兩個電子),部分抵消了質子和氘子間的排斥力。

研究人員通過光譜技術確定質子和氘子之間的距離——「綁定長度」,再推算質子和氘子之間的作用力。

研究者稱,這是一個很複雜的過程,因為涉及到一些量子特性。研究組的一位成員在上世紀40年代首次提出的理論基礎上,又進行了二十年的研究完善其計算方法,最近終於能夠根據足夠精確的綁定長度,計算出兩者間的作用力。

結果顯示,計算值與測量值相符。研究人員由此推斷出,由暗物質引起的質子和氘子作用力變化的上限值。

席勒說:「我們團隊將此上限值的精確度提升了20倍。我們的研究顯示,暗物質與普通物質的相互作用比以前設想的要少得多。仍然無法揭示這種神祕物質的形態,至少在實驗室裡。」◇

責任編輯:朱涵儒

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