暗物質探測器捕捉到「很多出乎意料」的事件

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【大紀元2020年07月03日訊】(大紀元記者笛睿編譯)日本的暗物質探測器最近捕獲到「很多出乎意料」的事件,很可能是理論預測中暗物質的一種粒子——軸子存在的證明。研究者稱這項發現「足夠引起關注」。

科學家認為宇宙存在大量暗物質,它們與普通物質和光不產生強烈的相互作用,但是科學家認為將發生某種微弱的互動,類似中微子和普通物質的互動。

每秒鐘大約有上萬億個中微子穿過人體,人體毫無感覺,也看不出有何影響。可是不時地,中微子會撞上某個原子的原子核,產生一些雜散的光子或某種基礎粒子。出現這類撞擊事件的機率太小了,因此中微子觀測器要用到大體積的液體或冰塊。科學家認為暗物質與普通物質的互動也是類似的情況,因此暗物質探測器也是以這樣的思路設計。

XENON1T項目就是這樣一個項目,在意大利地下深處裝了一大缸上噸重的純淨液態氙。研究人員選用液態氙而不用水,因為他們目標尋找「大質量弱相互作用粒子」(WIMPs)——理論預測的一類暗物質粒子。這類粒子比中微子重得多,如果它們存在,並與普通物質碰撞,將產生很特殊的信號。科學家認為液態氙能更好地排除雜散的信號,聚焦於WIMPs粒子。

遺憾的是,至今沒有發現任何WIMPs粒子的蹤跡。這個研究組把實驗稍做修改,轉而尋找軸子。1977年,一些科學家為了解決粒子物理學中的某些問題首次提出軸子理論。它們的理論特性和暗物質很類似。

用XENON1T設備尋找軸子的一個難處在於,軸子的信號和其它很多信號,比如原子的放射性衰變,或中微子與原子核的撞擊等都是類似的,很難區分。

科學家認為,既然這些粒子及其與普通物質的互動效果是已知的,那麼可以計算出現這些事件的數量。探測到任何超過這個數量的信號,有很大可能性就是存在軸子的證明。

這個團隊6月17日提交給論文預印網arXiv的研究稱,發現了「很多預期之外的事件」。

統計學上要求顯著水平為5才能宣布發現一種新粒子,這份研究稱數據的顯著水平為3.5,不足以下結論,但是研究人員認為這足以引起同行的興趣。在多年尋找暗物質無果的情況下,任何可能意味著捕捉到暗物質的蛛絲馬跡都足以讓科學家感到興奮。

研究者坦承,除了軸子,其它物質也可能產生這些「預期之外的事件」,比如探測器內輕微的污染,混入了少量氫3,或者某些宇宙事件產生的中微子等。

研究人員認為,如果這些數據的確是由軸子產生,未來的其它研究肯定會進一步證實。◇

責任編輯:朱涵儒

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