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暗物質實驗發現神祕信號:太陽軸子或許存在!

http://finance.sina.com   2020年06月21日 17:21   北京新浪網

依據XENON1T官方網站最新發布數據,從2017年2月至2018年2月勘測數據顯示,氙氣電子在24keV低能段上收集到285次閃光,而不是之前預期的232次閃光。  依據XENON1T官方網站最新發布數據,從2017年2月至2018年2月勘測數據顯示,氙氣電子在24keV低能段上收集到285次閃光,而不是之前預期的232次閃光。

  新浪科技訊 北京時間6月22日消息,據國外媒體報道,科學家在一項尋找暗物質的極其敏感實驗中,發現一個神祕信號!經過一年多的努力,科學家認爲他們可能獲得一些新發現。

  目前,參與XENON1T暗物質實驗的科學家報道了探測介質與電子相互作用的粒子數據的搜索結果,他們發現了大量證據,證實與探測器相互作用的粒子產生的信號遠強於粒子物理學標準模型的預測結果。他們還不知道是什麼因素產生該信號,推測可能源自一個罕見事件,或者它可能是證實其他未知物理現象的有力證據。

  蘇黎世大學粒子天體物理學家勞拉·保迪斯(Laura Baudis)說:“我們絞盡腦汁想知道它可能是什麼?爲了完成這項研究,蘇黎世大學研究員米歇爾·加洛韋(Michelle Galloway)、芝加哥大學研究生埃文·肖克利(Evan Shockley)和加州大學聖地亞哥分校學生葉靖強(音譯)一起這項分析任務,經常工作到深夜。”

  XENON1T是一項包含3.2噸氙元素的實驗,儀器設備被深埋在意大利國家核物理研究所大薩索信息實驗室,收集了2016-2018年間的數據,該實驗等待幾乎不與物質發生作用的粒子對氙核或其電子產生輕微撞擊,釋放出能被實驗室牆壁上的傳感器探測到的微小閃光。氙實驗科學家希望揭曉暗物質的真實身份,這種神祕物質的引力似乎是“宇宙腳手架”,但是我們的粒子物理學理論卻無法理解。到目前爲止,相關實驗數據尚未揭示任何新的物理現象。

  依據XENON1T官方網站最新發布數據,從2017年2月至2018年2月勘測數據顯示,氙氣電子在24keV低能段上收集到285次閃光,而不是之前預期的232次閃光。

  物理學家對超出預期的閃光次數提出了多種假設推測,並用數據進行驗證,最終認爲該現象可能源自在種途徑:一是“軸子”,該概念是20世紀70年代提出的,專家認爲宇宙大爆炸會產生軸子,迄今未找到軸子,它是暗物質的一種備選對象;二是太陽中微子,如果超預期的53次閃光來自中微子,它們應該具有很強的磁性,這是科學家從未發現過的一種粒子;三是太空噪音污染,可能是一波高能宇宙射線撞擊探測器附近的岩石,產生一些中子造成噪音干擾。

  軸子是一種理論化的低質量粒子,旨在解決一種叫做“強-CP”的物理問題——爲什麼使用相反電荷的鏡像替換叫做夸克的亞原子粒子時,會遵循相同的物理定律?如果的確存在軸子,那麼科學家預測太陽將在覈心產生軸子,而我們也有可能在地球上探測到它們,軸子也被認爲是部分暗物質存在的罪魁禍首。

  保迪斯指出,穿過探測器的太陽軸子看起來最接近研究人員觀測到的信號,其假設的顯著性爲3.5西格瑪,這意味着觀測到的信號99.98%概率不是由典型物理過程引起的。然而,引入氚衰變作爲另一個背景過程將其顯著性降低至2西格瑪,也就是觀測到的信號95%概率不是由典型物理過程引起。更多的數據能很容易地消除這種波動,粒子物理學家正在努力尋找太陽軸子顯著性達到5西格瑪,從而驗證超預期閃光次數的根源。

  其他物理學家對分析過程中所做的大量工作和思考,以及對探測器的極高靈敏度非常關注,但同時他們對解釋結論非常謹慎。加州大學伯克利分校鮑勃·雅各布森(Bob Jacobsen)教授稱,我們未發現太多的參考性數據,只有一些有趣的信息線索。

  西班牙扎戈薩大學物理學家哈維爾•雷東多(Javier Redondo)稱,這些信號就像太陽軸子穿過XENON1T儀器時採集的,如果由太陽產生的軸子粒子生成該信號的假設成立,那麼將意味着軸子和電子之間的相互作用比當前的理論預測更可靠。

  他還指出,即使我們的太陽不可能像現在這樣符合最好的理論模型和實驗,氙氣實驗所暗示的太陽軸子特性會導致太陽溫度更高,遠超出天文學家預測。爲了通過分析使他相信太陽軸子導致閃光次數過量,他希望觀測到一個確鑿的證據,例如:在太陽磁場望遠鏡實驗中的太陽軸子。但也許存在其他一些未知粒子引發該信號。

  目前,發現實驗閃光信號的真實根源仍需要進行大量工作和實驗,例如:美國南達科他州桑福德地下研究的LZ實驗。(葉傾城)

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