歐洲核子研究組織使用反物質尋找暗物質

歐洲核子研究組織使用反物質尋找暗物質

迄今為止,暗物質一直沒有直接發現。現在,在CERN進行重子反重子對稱性實驗(BASE)的研究人員嘗試一種新方法 - 使用反物質來尋找暗物質。

暗物質和反物質是宇宙中兩個最大的未解之謎。根據天文觀測,太空中存在的質量遠遠超過我們所能看到的物質,這種看不見的物質被稱為暗物質。我們真的不知道它是由什麼構成的,但是有各種各樣的理論試圖解釋它,包括帶電粒子,暗光子,超重的引力子,甚至是負質量的“ 暗流體 ”。

另一方面,反物質是一個非常真實的東西,我們可以直接進行研究。本質上,反物質是具有相反電荷的只是常規物質。但是,如果一個粒子及其等價的反粒子相遇,它們將在能量爆發中相互湮滅。模型表明,在大爆炸中本應創建相等數量的物質和反物質,但是根據我們的經驗,反物質極為罕見。那麼問題仍然存在 – 所有反物質都在哪裡?

歐洲核子研究組織使用反物質尋找暗物質

對於這項新研究,研究人員希望探索物質 - 反物質不對稱性與暗物質之間的潛在聯繫。為此,他們建立了一個與過去許多其他實驗類似的實驗。尋找暗物質的常規實驗裝置包括隔離粒子,然後仔細觀察它們是否存在任何可能表明暗物質相互作用干擾的異常現象。

但是,儘管過去的實驗都使用了常規物質粒子,但新的研究將其替換為反物質。該小組採用了CERN反物質工廠製造的反質子,並將其限制在稱為Penning陷阱的裝置中,該裝置可防止它們接觸任何普通物質。他們一個接一個地測量並翻轉這些反質子的自旋態,在三個月內大約進行了一千次。

歐洲核子研究組織使用反物質尋找暗物質

研究人員想法是,通過長時間進行這些測量,可以獲得反質子自旋時間的平均頻率。然後,如果此週期發生任何異常情況,則可能是暗物質粒子正在干擾的證據。

特別是,他們正在尋找一種叫做“ 軸子”的暗物質候選物。這種假設的粒子被認為是中性的,非常輕,像波一樣在宇宙中流動,偶爾與常規物質和反物質相互作用。由於僅對常規物質進行了測試(到目前為止沒有成功),因此研究人員嘗試使用反物質方法來查看是否發生了任何不同的事情。

研究小組未發現任何暗物質與反物質相互作用的信號。也就是說,無效結果並不意味著徹底失敗 - 相反,這僅意味著軸子和反質子的相互作用不會發生在0.1至0.6千兆電子伏(GeV)之間,具體取決於軸子的質量。慢慢排除不同的組合,讓科學家可以把注意力集中在尋找神秘物質上。

但是,該團隊說,在這個實驗中得到信號總是不太可能的。如果他們確實在此範圍內收到信號,則意味著常規物質和反物質的性質之間存在巨大差異,通常認為常規物質和反物質性質非常相似 - 除了相反的電荷。儘管如此,還是值得一看,因為信號將有助於把注意力集中在暗物質上,並引發有關物質與反物質、反物質與暗物質之間關係的新問題。

該研究發表在《自然》雜誌上。


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