对于假设占整个宇宙质量 80% 以上的物体来说,检测到其存在绝非易事暗物质。
这就是今天世界得出的结论,在科学家宣布一项耗资 1000 万美元的大规模实验来寻找难以捉摸的痕迹之后经过 20 个月的彻底搜寻后,粒子未能成功。
“我们探索了先前未探索的参数空间区域,目的是首次明确地发现暗物质,”物理学家 Cham Ghag 说来自英国伦敦大学学院,参与该研究的科学家之一大型地下氙气 (LUX)项目位于南达科他州。
“虽然积极的信号会受到欢迎,但大自然并不那么仁慈!尽管如此,零结果意义重大,因为它通过限制暗物质可能超越以前存在的任何东西的模型来改变该领域的景观。”
虽然我们看不到、感觉不到或察觉不到暗物质尽管如此,在可观测的宇宙中,科学家估计它占了宇宙质量的大部分。
为什么?由于重力的影响,我们能感知到无法用其他方式解释的现象——例如光在宇宙中传播时的弯曲方式,以及星系的旋转方式。
但与构成我们物理记录的一切的可观察物质不同,暗物质粒子被认为穿过我们几乎就像幽灵一样,几乎不与我们互动,至少在我们可以科学检测到的任何层面上都是如此。
“我们 80% 以上的物质都是暗物质形式,”LUX 科学家理查德·盖茨克尔布朗大学的一位教授在新闻发布会上告诉媒体,宣布这一阶段的暗物质搜索已经结束。
“你和我是漂浮物和废弃物;暗物质是海洋。”他补充说。 “这就是为什么人们不会放弃。我们必须弄清楚这种暗物质成分是什么。”
这就是为什么 LUX 实验在经过如此大规模、集中的努力后却未能找到它所寻找的东西而如此令人失望。
研究人员位于南达科他州铅市地下一英里处的一个前金矿中,旨在检测弱相互作用大质量粒子 (WIMP),目前被认为是暗物质最可行的候选者。
人们认为,该设施位于如此多岩石下方的庇护位置将有助于保护实验免受宇宙射线等可能影响暗物质信号的辐射源的影响。 LUX 科学家使用了一大桶液态氙和特殊传感器,旨在检测 WIMP 与箱中氙原子碰撞产生的微小闪光。
虽然没有检测到这样的粒子,但科学家们却表现出了乐观的态度,因为虽然到目前为止他们还没有找到暗物质的证据,但他们在迄今为止的搜索中已经学到了很多东西——而且是在纯粹的技术层面上,他们甚至超出了他们本来就很高的期望。
Gaitskell 在一份报告中表示:“根据 2014 年至 2016 年运行的最终结果,LUX Collaboration 的科学家们已将仪器的灵敏度提升到了最终性能水平,比最初预期的好四倍。”陈述。 “如果提高的灵敏度也能发出清晰的暗物质信号,那就太好了。然而,我们观察到的结果与单独的背景是一致的。”
“我们在一年半多的时间里努力工作并保持警惕,以保持探测器在最佳条件下运行并最大限度地延长有用的数据时间,”西蒙·菲奥鲁奇补充道,加州伯克利实验室的物理学家。 “结果是我们可以引以为傲的明确数据,以及在这个竞争非常激烈的领域中及时得到的结果——即使这不是我们都希望的积极检测。”
但 LUX 失败的地方,其他人将继续。该实验的后继者 LUX-ZEPLIN (LZ) 将在桑福德地下研究设施的同一场地进行实验,这次将使用更多的液氙(9 公吨,10 吨),预算也更大,为 50 美元预计将生产出比 LUX 灵敏 70 倍的探测器。
这项新实验计划于 2020 年开始,现在看来是我们最终将科学手套投入到这些幽灵粒子上的最佳机会,同时我们也在其他地方(包括大型强子对撞机)正在进行的努力。
但研究人员知道,他们必须适应这一长期游戏,因为迄今为止的搜索表明,寻找暗物质绝非易事。
“这是一种需要一生才能完成的科学,”盖茨克尔在会上告诉詹妮弗·欧莱特。吉兹莫多。 “问我 15 年后我们的处境如何。”