引力波的发现开启了观测宇宙的一个新窗口

王熙凤和贾蓉2022-07-13  11

引力波是时间空结构中的涟漪。照片:Shutterstock

引力波发现后,人类科学研究的下一个重大突破会是什么?

一些科学家和媒体开始关注另一个待解之谜:暗物质。英国宇宙学家卡洛斯·弗伦奇认为“暗物质的发现将比引力波更重要”。

暗物质被比作“笼罩在21世纪物理日的乌云空”。目前世界上很多国家都在进行相关研究,引力波的成功探测让暗物质猎人备受鼓舞。

不要寻找果实

现在人类看到的天体要么发光,比如太阳;要么反射光线,比如月亮。

据欧洲核子研究组织官网介绍,暗物质是一种广泛存在于宇宙中的不可见物质。它不与电磁力相互作用,换句话说,它不吸收也不反射光,它本身也不发光。

通过引力效应,科学家估计宇宙的27%是由暗物质组成的,这是所有可见行星和星系总质量的5倍多。

对于暗物质,物理学家已经寻找了很多年,但总是难觅踪迹。

英国《卫报》2月14日报道,物理学家亚历克斯·墨菲(Alex Murphy)及其团队正在进行“大型地下氙实验(LUX)”,该实验位于美国南达科他州一座废弃金矿的地下约一英里处。

这个实验团队拥有世界上最灵敏的暗物质探测器。物理学家将装有三分之一吨液态氙的容器冷却到大约零下101摄氏度。如果氙原子与暗物质粒子碰撞,产生的微光会被探测器捕获。

然而,碰撞的可能性很小。亚历克斯·墨菲说,“还没有出现”。

物理学家如此相信暗物质的存在,是因为天文学家可以探测到暗物质作用于行星和星系的引力。

他们认为暗物质是由弱相互作用的大质量粒子组成的,这些粒子在大爆炸中产生,并在普通物质中穿行,除了重力之外没有留下任何痕迹。

还是突破?

未来几年,大型地下氙实验(LUX)将全面升级,更名为LUX-Zeplin,将获得10吨液态氙。

亚历克斯·墨菲(Alex Murphy)说,“在地下一英里的地方控制10吨液态氙不会有任何错误,因为(它)非常昂贵,低温气体会非常危险。”

墨菲认为,技术上的困难意味着可能要到2018年才能看到结果。

实际上,大型地下氙实验(LUX)并不是唯一捕捉暗物质的“猎人”。

在澳大利亚,另一个团队也在一个地下金矿中放置了世界上最先进的暗物质探测器。

在Waitai 空,国际空站间正在安装探测器,试图捕捉Waitai 空的暗物质迹象。

2015年12月12日,我国暗物质粒子探测卫星“吴空”发射L 空,卫星成功进入预定转移轨道。“Wu 空”是世界上观测能量范围最广、能量分辨率最好的暗物质粒子探测卫星,超过了世界上所有同类探测器。它将在Tai 空开展高能电子和高能伽马射线探测任务,寻找暗物质存在的证据,研究暗物质的特性和空之间的分布规律。

《卫报》认为,人类对宇宙的探索是无止境的,许多未解之谜都需要人类来解开。亚历克斯·墨菲也认为,比发现暗物质更伟大的探索还在后头。

“暗物质就像一把钥匙,可以打开更深层次的物理学理论的大门。而这将是一个漫长的探索。”

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