科羅拉多州立大學(xué)的一名研究人員開發(fā)了一種潛在的方法，利用即將在國際深部地下中微子實驗(DUNE)中建造的巨型粒子探測器來識別和理解暗物質(zhì)。
德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校助理教授JoshuaBerger和合作伙伴在《物理評論快報》上新發(fā)表的一篇論文描述了如果某一類粒子與原子核相互作用時可能產(chǎn)生的獨特信號。具體來說，他們正在尋找暗物質(zhì)撞擊質(zhì)子并摧毀它時釋放的大量能量(按照粒子物理學(xué)標準)。
這種能量的釋放可以通過一組將于2028年投入運行的大規(guī)模、高靈敏度DUNE探測器來觀察到。如果他們的方法可以幫助識別這些相互作用，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，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器能夠以一種以前不可能用他的理論實現(xiàn)的方式獲取暗物質(zhì)的證據(jù)。
“我們對宇宙物理學(xué)的了解都表明，大約85%的物質(zhì)是黑暗的。然而，沒有光從它反射回來，所以你無法‘看到’它，而且已知的粒子似乎都沒有構(gòu)成這種物質(zhì)。——沒有什么是足夠黑暗的，”伯杰說。“我們想知道是什么讓這種暗物質(zhì)與構(gòu)成你、我以及我們在宇宙中看到的一切的物質(zhì)不同。我們正在談?wù)摻τ钪婊窘M成部分的更好理解。”
雖然伯杰對暗物質(zhì)感興趣，但沙丘實驗應(yīng)該有助于回答許多其他明顯巨大的宇宙問題。
該項目由能源部費米實驗室運營，主要目的是解開無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地球發(fā)射到約800英里外的南達科他州地下探測設(shè)施的過程。
了解和跟蹤這些無害粒子通過物質(zhì)從一點到另一點的過程將有助于研究人員實現(xiàn)阿爾伯特·愛因斯坦關(guān)于力統(tǒng)一的夢想，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合作包括來自36個國家200多個機構(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)開始，并且對這兩種探測器所采用的技術(shù)的測試正在進行中。
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