研究人員概述了通過(guò)未來(lái)DUNE研究項(xiàng)目尋找暗物質(zhì)的新方法

科羅拉多州立大學(xué)的一名研究人員開(kāi)發(fā)了一種潛在的方法，利用即將在國(guó)際深部地下中微子實(shí)驗(yàn)(DUNE)中建造的巨型粒子探測(cè)器來(lái)識(shí)別和理解暗物質(zhì)。

德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校助理教授JoshuaBerger和合作伙伴在《物理評(píng)論快報(bào)》上新發(fā)表的一篇論文描述了如果某一類(lèi)粒子與原子核相互作用時(shí)可能產(chǎn)生的獨(dú)特信號(hào)。具體來(lái)說(shuō)，他們正在尋找暗物質(zhì)撞擊質(zhì)子并摧毀它時(shí)釋放的大量能量(按照粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn))。

這種能量的釋放可以通過(guò)一組將于2028年投入運(yùn)行的大規(guī)模、高靈敏度DUNE探測(cè)器來(lái)觀察到。如果他們的方法可以幫助識(shí)別這些相互作用，那么這些發(fā)現(xiàn)將揭示暗物質(zhì)的本質(zhì)——暗物質(zhì)的本質(zhì)。宇宙中尚未發(fā)現(xiàn)的缺失成分。

伯杰說(shuō)，暗物質(zhì)是一種似乎構(gòu)成了宇宙大部分質(zhì)量和能量的物質(zhì)。雖然研究人員尚未能夠看到這種物質(zhì)或其相互作用，但他們知道它的存在是由于它的引力，這似乎對(duì)星系的形成、組織和膨脹方式發(fā)揮了重要作用。伯杰表示，他希望沙丘上的探測(cè)器能夠以一種以前不可能用他的理論實(shí)現(xiàn)的方式獲取暗物質(zhì)的證據(jù)。

“我們對(duì)宇宙物理學(xué)的了解都表明，大約85%的物質(zhì)是黑暗的。然而，沒(méi)有光從它反射回來(lái)，所以你無(wú)法‘看到’它，而且已知的粒子似乎都沒(méi)有構(gòu)成這種物質(zhì)。——沒(méi)有什么是足夠黑暗的，”伯杰說(shuō)。“我們想知道是什么讓這種暗物質(zhì)與構(gòu)成你、我以及我們?cè)谟钪嬷锌吹降囊磺械奈镔|(zhì)不同。我們正在談?wù)摻?duì)宇宙基本組成部分的更好理解。”

雖然伯杰對(duì)暗物質(zhì)感興趣，但沙丘實(shí)驗(yàn)應(yīng)該有助于回答許多其他明顯巨大的宇宙問(wèn)題。

該項(xiàng)目由能源部費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室運(yùn)營(yíng)，主要目的是解開(kāi)無(wú)處不在的中微子之謎。建成后，該設(shè)施將跟蹤中微子從伊利諾伊州穿過(guò)地球發(fā)射到約800英里外的南達(dá)科他州地下探測(cè)設(shè)施的過(guò)程。

了解和跟蹤這些無(wú)害粒子通過(guò)物質(zhì)從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的過(guò)程將有助于研究人員實(shí)現(xiàn)阿爾伯特·愛(ài)因斯坦關(guān)于力統(tǒng)一的夢(mèng)想，觀察從爆炸恒星中出現(xiàn)的中微子，或者更好地了解恒星或黑洞的形成。

DUNE合作包括來(lái)自36個(gè)國(guó)家200多個(gè)機(jī)構(gòu)的1,400多名科學(xué)家和工程師。其組件的批量生產(chǎn)已經(jīng)開(kāi)始，并且對(duì)這兩種探測(cè)器所采用的技術(shù)的測(cè)試正在進(jìn)行中。

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