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首次!超薄“镜子”证明了暗物质的存在,以往技术无法探测到超轻暗光子

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前瞻网 2021-05-15 10:22

据称,暗物质占据了整个宇宙的85%。不过,最近50多年来,科学家们一直没有找到它的存在(也没有方法直接证明暗物质的存在),但新的研究可能揭示了其中的原因。

一组美国研究人员假设,我们的星系充满了被称为暗光子(dark photons)的有质量的微小粒子,传统的粒子物理实验无法探测到它们。从本质上说,暗物质可能太轻了,目前的技术无法捕捉到。

基于这个新的假设,研究小组提出了一个硬币大小的加速计,它由氮化硅和一个超薄的镜子组成,用来在两个表面之间反射光线。

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如果这两种物质之间的距离发生变化,研究人员将从反射光得知暗光子的存在,因为氮化硅和铍具有不同的物质属性——从而揭示了暗物质的存在。

暗物质的概念,最初被称为“失踪的物质”,是在1933年形成的。科学家当时发现——后发座星系团(Coma cluster)中所有恒星的质量,大约是防止星系逃离星系团引力所需质量的1%。

几十年后的20世纪70年代,美国天文学家维拉·鲁宾(Vera Rubin)和肯特·福特(Kent Ford)发现了星系中恒星轨道的异常。这一发现在科学界引发了一种理论,即这些异常现象是由位于星系内部和周围的大量看不见的“暗物质”造成的。

特拉华大学的斯瓦特·辛格(Swati Singh)给出了暗物质存在的另一种解释:把所有发光的物质加起来,比如恒星、行星和星际气体,总共只占宇宙物质的15%,这就是为什么专家说暗物质构成了剩下的85%。

这种神秘的物质不会发光,但研究人员确信它的存在是因为它的引力效应——他们知道它不是典型的物质,不是普通的物质,比如气体、尘埃、恒星、行星和我们人类与生物。

辛格说,它可能是由黑洞组成,也可能是由比电子小数万亿倍的物质组成,即超轻暗物质。辛格是一位量子理论家,以推动机械暗物质探测的开创性努力而闻名。

现在,Signh和她的同事们提出,这种难以捉摸的物质,是由数万亿微小、重量轻的粒子组成的,这些粒子被称为暗光子——这是一种暗物质,它会对正常物质施加微弱的振荡力,导致粒子来回移动。

然而,由于暗物质无处不在,它对任何事物都施加这种力,因此很难测量这种运动。

研究小组相信,他们可以使用加速度计克服这一障碍,这是一种测量适当加速度或振动的工具。该装置是一块薄的氮化硅玻璃,被拉伸成一个鼓状,还有一个固定的铍镜——美国宇航局在詹姆斯·韦伯望远镜上使用的同样的材料。

“它有100纳米厚,1毫米宽。这种极端的薄宽比,使得鼓状装置对惯性力非常敏感,同时还能与其他环境干扰解耦。”

该研究的主要作者、密歇根大学博士生杰克·曼利(Jack Manley)表示:“如果力的大小与材料有关,那么通过使用由不同材料组成的两个物体,它们受到的力的大小就会不同,这意味着你可以测量出两种材料之间的加速度差异。”

亚利桑那大学助理教授达尔齐尔·威尔逊(Dalziel Wilson)称该设备类似于一个微型音叉。“这是一种振动装置,由于体积小,对环境扰动非常敏感。”

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源:https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-9579289/Super-mirror-prove-existence-dark-matter.html

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