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标题: 澳大利亚实验给暗物质设定了一个新的范围 [打印本页]

作者: 隆龙 时间: 2022-10-5 10:47
标题: 澳大利亚实验给暗物质设定了一个新的范围
ORGAN 实验是澳大利亚第一个重要的暗物质探测器，迩来完成了对一种称为轴子的假设粒子的搜索。ORGAN 对轴子的大概特性设置了新的限制，从而资助缩小了对它们的搜索范围。
让我们从一个故事开始
大约 140 亿年前，所有的物质都被压缩到一个非常密集、酷热的区域。然后大爆炸发生了，一切都飞散了。这些粒子联合成原子，终极聚集在一起形成恒星，恒星爆炸并产生各种奇异物质。

数十亿年后，地球出现了，它终极爬满了被称为人类的小东西。人、行星、恒星和星系都是由“通例物质”构成的。但我们知道，平凡物质只占宇宙中所有物质的六分之一。别的部分由我们所谓的“暗物质”构成，它不发光（因此我们称其为“暗”）而且具有质量（因此我们称其为“物质”）。
如果它是不可见的，我们怎么知道它在那里
当我们观察事物在空间中的活动方式时，我们一次又一次地发现，如果我们只思量我们能看到的东西，我们就无法表明我们的观察结果。旋转星系就是一个很好的例子，大多数星系的旋转速率无法仅用可见物质的引力来表明。
因此，这些星系中一定有暗物质，提供额外的引力并让它们旋转得更快，我们认为暗物质实际上将星系接洽在一起。所以宇宙中一定有大量的暗物质，拉动着我们能看到的所有东西。它也会穿过你，就像某种宇宙幽灵，只是你感觉不到。
我们怎么能检测到它
许多科学家认为暗物质大概由称为轴子的假设粒子组成。轴子最初是作为粒子物理学中另一个重要问题“强 CP 问题”的解决方案的一部分而提出的。
不管怎样，在提出轴子之后，科学家们意识到，在某些条件下，这个粒子也可以构成暗物质。这是因为预计轴子与通例物质的相互作用非常薄弱，但仍旧具有一定的质量。
既然人们认为暗物质就在我们身边，我们可以在地球上建造探测器。而且，荣幸的是，预测轴子的理论还预测，轴子可以在适当的条件下转化为光子。这是个好消息，因为我们善于探测光子，这也正是 ORGAN 实验所做的。它设计了轴子-光子转换的精确条件，并探求薄弱的光子信号。
照亮暗物质
轴子被认为在存在强磁场的情况下会转化为光子。在典型的光环仪中，我们利用称为“超导螺线管”的大电磁体产生这种磁场。在磁场内部，我们放置了一个或几个空心金属腔室，用于捕获光子并使它们在内部反弹，从而更轻易检测到它们。

但是，有一个小问题。任何有温度的东西都会不停发出小的随机闪光。这些随机发射或“噪声”使我们更难检测到我们正在探求的薄弱暗物质信号。为相识决这个问题，我们将谐振器放置在“稀释冰箱”中。这个精致的冰箱将实验冷却到低温，大约 -273°C，这大大低落了噪音。实验越冷，我们就越能“听到”暗物质转换过程中产生的薄弱光子。
结果
一定质量的轴子会转换成一定频率或颜色的光子。但由于轴子的质量是未知的，因此实验必须针对差异的区域举行搜索，重点关注那些被认为更有大概存在暗物质的区域。如果没有发现暗物质信号，那么要么实验不够灵敏，无法听到高于噪声的信号，要么对应的轴子质量区域内没有暗物质。
当这种情况发生时，就设置了一个“扫除界限”：在这个质量范围内，在这个灵敏度水平上，我们没有发现任何暗物质。这告诉暗物质研究界的其他人将他们的搜索转向其他地方。ORGAN 是其目标频率范围内最敏感的实验。它迩来的运行没有检测到暗物质信号。这一结果为轴子的大概特性设定了一个重要的扫除界限。
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