暗物质粒子真被“抓”过吗

暗物质粒子真被“抓”过吗



来源：中国科技网-科技日报 2016年04月17日　



[导读] 科学家们已有确凿的证据证明,暗物质的确存在,且其在宇宙中的数量是普通物质的5倍多。

暗物质粒子真被“抓”过吗
“四大金刚”可能会给个说法

    本报记者  刘 霞  综合外电
    科学家们已有确凿的证据证明，暗物质的确存在，且其在宇宙中的数量是普通物质的5倍多。但暗物质是“何方神圣”、其“性格如何”一直是未解之谜。中山大学天文与空间科学研究院院长李淼曾撰文称，天文学家对暗物质的“共识”是，暗物质的主要成分是不参与电磁相互作用的粒子，这些粒子统称弱相互作用重粒子（WIMPs）。
    1998年，来自意大利的DAMA协作组表示，找到了暗物质存在的关键证据—弱相互作用重粒子，但其他研究并未发现，因此，很难对其进行证实或证伪。现在，英国《自然》杂志网站报道，来自韩国、意大利、西班牙和澳大利亚的四台探测器将携手对此研究结论进行证实。此项联合实验领导者、美国普林斯顿大学的弗兰克·卡拉普赖斯说：“在未来三年内，新研究结论或许能让这一切尘埃落定。”
    WIMPs未被其他实验发现
    DAMA实验位于意大利中部地底下的格兰萨索国家实验室，科学家们以总重约250公斤的25个超纯碘化钠晶体进行实验。科学家们认为，弱相互作用重粒子很少与其他粒子相互作用，因此很难被发现。不过，它偶然会与地球上的原子“狭路相逢”，如果这一切在探测器内发生的话，DAMA内的碘化钠晶体应该会产生一道闪光。
    1998年，DAMA通过碘化钠晶体每天产生的闪光数量的季节变化，从而首次宣称，探测到了弱相互作用重粒子。DAMA观测到的信号夏天出现得多于冬天。DAMA团队认为，这种变化是由于地球围绕银河系中心和太阳的轨道运动所致。在北半球的夏季，围绕太阳的公转运动会使地球高速冲入看不见的银河系暗物质的云中，增加了WIMPs击中探测器的几率。
    照此情况，在6月初，当地球和太阳的轨道运动一致时，穿过地球的粒子数量应该达到峰值；而在12月初，当两者的轨道运动相对时，数量降到最低。
    但这也存在一个大问题。德国卡尔斯鲁厄理工学院的理论物理学家托马斯·斯科维特兹-芒格德说：“如果真是暗物质，那么它应该早已被其他实验发现了。”但迄今还没有。
    不过，与此同时，所有尝试找出DAMA实验缺陷（例如研究人员没有考虑的环境影响等）的实验都以失败告终。美国加州大学圣迭戈分校的倪凯旋（音译）说：“信号就在那儿，但如何解读这一信号——它来自暗物质还是其他事物并不清楚。”倪凯旋参与的是名为XENON1T的暗物质实验。XENON1T也位于格兰萨索国家实验室，由意大利国家核物理研究所（INFN）运行。
    不过，其他探测暗物质的全尺寸实验都没有使用碘化钠，因此，科学家们认为，存在着一种可能性：暗物质与钠的“交流”方式与它同其他元素的“交流”方式不同，但这一点还需进一步验证。
    “四大金刚”将探测暗物质信号
    此前，很多科学家认为，让碘化钠晶体达到所需的纯度是进行此类实验面临的重大挑战。但现在，功夫不负有心人，四个实验小组—韩国隐形质量搜索（KIMS）、耶鲁大学的DM-Ice、西班牙萨拉戈萨大学的ANAIS和同样位于意大利格兰萨索国家实验室的“拥有主动背景抑制的碘化钠”（SABRE）项目，都得到了纯度合适的晶体。
    KIMS和DM-Ice团队携手在韩国襄阳地下实验室建造了一台碘化钠探测器，其将于数周内开始记录数据。KIMS的主管机构、韩国地下物理学中心主管金英德（音译）表示，与DAMA相比，这个探测器能更好地将暗物质信号从噪音中区分出来。
    ANAIS则打算在西班牙比利牛斯山的坎弗兰克地下实验室建造一台同样的探测器，KIMS、DM-Ice和ANAIS将总共使用200公斤碘化钠，可与DAMA使用250公斤碘化钠相媲美，因此，它们或能捕获同样数量的弱相互作用重粒子。DM-Ice负责人、耶鲁大学的雷纳丸山（音译）说，尽管更新的探测器会有更高程度的背景噪音，但它仍将能重现DAMA的大部分信号。
    不过，卡拉普赖斯认为，碘化钠的纯度比质量更重要。他和同事研发出了一种技术来降低污染，今年1月份，他们宣称首次获得了纯度高于DAMA使用的碘化钠晶体，他希望将背景噪音进一步降低到DAMA的十分之一。
    SABRE会将一个探测器放在格兰萨索国家实验室；另一个探测器放在澳大利亚一个金矿内建造的斯托尔地下物理实验室。SABRE总重50公斤，它会使用一个传感器，将暗物质信号从噪音中“揪出”。卡拉普赖斯说，SABRE应能在一年内完成研发，然后很快开始建造探测器。而且，在南北半球各有一台探测器，或许能厘清DAMA结果中的季节性是否受到了环境因素的影响。如果信号来自弱相互作用重粒子，这两个探测器应该能同时看到峰值。
    DAMA新闻发言人、意大利罗马第二大学的丽塔·贝尔纳贝伊表示，DAMA至少要到2017年才开始发布最新数据，对于这些新碘化钠探测器的加入，她并不吃惊，也不紧张。她说：“在这十多年中，经过无数次再确认，我们的结论已被证实。”如果其他实验没有看到他们发现的季度性特征，那么，可能是其探测器的灵敏度不够。
    这“四大金刚”能证明DAMA是正确的吗？美国密歇根大学的理论天体物理学家凯瑟琳·弗里兹对此表示，对DAMA获得的信号，目前没有其他解释。澳大利亚墨尔本大学的伊丽莎白·巴伯里欧是澳大利亚SABRE团队的领导人，她说，很多人曾经尝试重复DAMA实验，但全部折戟沉沙，这表明，要做这一点真的很不容易。






http://www.wokeji.com/jbsj/sb_4440/201604/t20160417_2426959.shtml暗物质粒子真被“抓”过吗



来源：中国科技网-科技日报 2016年04月17日　



[导读] 科学家们已有确凿的证据证明,暗物质的确存在,且其在宇宙中的数量是普通物质的5倍多。

暗物质粒子真被“抓”过吗
“四大金刚”可能会给个说法

    本报记者  刘 霞  综合外电
    科学家们已有确凿的证据证明，暗物质的确存在，且其在宇宙中的数量是普通物质的5倍多。但暗物质是“何方神圣”、其“性格如何”一直是未解之谜。中山大学天文与空间科学研究院院长李淼曾撰文称，天文学家对暗物质的“共识”是，暗物质的主要成分是不参与电磁相互作用的粒子，这些粒子统称弱相互作用重粒子（WIMPs）。
    1998年，来自意大利的DAMA协作组表示，找到了暗物质存在的关键证据—弱相互作用重粒子，但其他研究并未发现，因此，很难对其进行证实或证伪。现在，英国《自然》杂志网站报道，来自韩国、意大利、西班牙和澳大利亚的四台探测器将携手对此研究结论进行证实。此项联合实验领导者、美国普林斯顿大学的弗兰克·卡拉普赖斯说：“在未来三年内，新研究结论或许能让这一切尘埃落定。”
    WIMPs未被其他实验发现
    DAMA实验位于意大利中部地底下的格兰萨索国家实验室，科学家们以总重约250公斤的25个超纯碘化钠晶体进行实验。科学家们认为，弱相互作用重粒子很少与其他粒子相互作用，因此很难被发现。不过，它偶然会与地球上的原子“狭路相逢”，如果这一切在探测器内发生的话，DAMA内的碘化钠晶体应该会产生一道闪光。
    1998年，DAMA通过碘化钠晶体每天产生的闪光数量的季节变化，从而首次宣称，探测到了弱相互作用重粒子。DAMA观测到的信号夏天出现得多于冬天。DAMA团队认为，这种变化是由于地球围绕银河系中心和太阳的轨道运动所致。在北半球的夏季，围绕太阳的公转运动会使地球高速冲入看不见的银河系暗物质的云中，增加了WIMPs击中探测器的几率。
    照此情况，在6月初，当地球和太阳的轨道运动一致时，穿过地球的粒子数量应该达到峰值；而在12月初，当两者的轨道运动相对时，数量降到最低。
    但这也存在一个大问题。德国卡尔斯鲁厄理工学院的理论物理学家托马斯·斯科维特兹-芒格德说：“如果真是暗物质，那么它应该早已被其他实验发现了。”但迄今还没有。
    不过，与此同时，所有尝试找出DAMA实验缺陷（例如研究人员没有考虑的环境影响等）的实验都以失败告终。美国加州大学圣迭戈分校的倪凯旋（音译）说：“信号就在那儿，但如何解读这一信号——它来自暗物质还是其他事物并不清楚。”倪凯旋参与的是名为XENON1T的暗物质实验。XENON1T也位于格兰萨索国家实验室，由意大利国家核物理研究所（INFN）运行。
    不过，其他探测暗物质的全尺寸实验都没有使用碘化钠，因此，科学家们认为，存在着一种可能性：暗物质与钠的“交流”方式与它同其他元素的“交流”方式不同，但这一点还需进一步验证。
    “四大金刚”将探测暗物质信号
    此前，很多科学家认为，让碘化钠晶体达到所需的纯度是进行此类实验面临的重大挑战。但现在，功夫不负有心人，四个实验小组—韩国隐形质量搜索（KIMS）、耶鲁大学的DM-Ice、西班牙萨拉戈萨大学的ANAIS和同样位于意大利格兰萨索国家实验室的“拥有主动背景抑制的碘化钠”（SABRE）项目，都得到了纯度合适的晶体。
    KIMS和DM-Ice团队携手在韩国襄阳地下实验室建造了一台碘化钠探测器，其将于数周内开始记录数据。KIMS的主管机构、韩国地下物理学中心主管金英德（音译）表示，与DAMA相比，这个探测器能更好地将暗物质信号从噪音中区分出来。
    ANAIS则打算在西班牙比利牛斯山的坎弗兰克地下实验室建造一台同样的探测器，KIMS、DM-Ice和ANAIS将总共使用200公斤碘化钠，可与DAMA使用250公斤碘化钠相媲美，因此，它们或能捕获同样数量的弱相互作用重粒子。DM-Ice负责人、耶鲁大学的雷纳丸山（音译）说，尽管更新的探测器会有更高程度的背景噪音，但它仍将能重现DAMA的大部分信号。
    不过，卡拉普赖斯认为，碘化钠的纯度比质量更重要。他和同事研发出了一种技术来降低污染，今年1月份，他们宣称首次获得了纯度高于DAMA使用的碘化钠晶体，他希望将背景噪音进一步降低到DAMA的十分之一。
    SABRE会将一个探测器放在格兰萨索国家实验室；另一个探测器放在澳大利亚一个金矿内建造的斯托尔地下物理实验室。SABRE总重50公斤，它会使用一个传感器，将暗物质信号从噪音中“揪出”。卡拉普赖斯说，SABRE应能在一年内完成研发，然后很快开始建造探测器。而且，在南北半球各有一台探测器，或许能厘清DAMA结果中的季节性是否受到了环境因素的影响。如果信号来自弱相互作用重粒子，这两个探测器应该能同时看到峰值。
    DAMA新闻发言人、意大利罗马第二大学的丽塔·贝尔纳贝伊表示，DAMA至少要到2017年才开始发布最新数据，对于这些新碘化钠探测器的加入，她并不吃惊，也不紧张。她说：“在这十多年中，经过无数次再确认，我们的结论已被证实。”如果其他实验没有看到他们发现的季度性特征，那么，可能是其探测器的灵敏度不够。
    这“四大金刚”能证明DAMA是正确的吗？美国密歇根大学的理论天体物理学家凯瑟琳·弗里兹对此表示，对DAMA获得的信号，目前没有其他解释。澳大利亚墨尔本大学的伊丽莎白·巴伯里欧是澳大利亚SABRE团队的领导人，她说，很多人曾经尝试重复DAMA实验，但全部折戟沉沙，这表明，要做这一点真的很不容易。






http://www.wokeji.com/jbsj/sb_4440/201604/t20160417_2426959.shtml