意大利地下实验室的实验旨在测试有关暗物质的有争议的结果

   日期:2024-10-11     来源:本站    作者:admin    浏览:143    

  

  

  研究人员坚定地认为暗物质是存在的,但尚未得到证实。一项新的实验可能会改变这一点。

  格兰萨索-暗物质理论上占宇宙总质量的85%。然而,它尚未在实践中得到证实。只有从1995年开始运行的DAMA/LIBRA实验声称发现了暗物质,但这一结果存在争议。现在,一项名为COSINUS的新实验旨在证实暗物质的存在,并澄清DAMA/LIBRA是否真的探测到了暗物质。

  COSINUS位于DAMA/LIBRA开展的同一地点:在世界上最大的地下实验室——Gran Sasso国家实验室。它位于意大利格兰萨索山脉,距离罗马约100公里。在地表以下的深处,有一个巨大的隧道系统,由1400米深的岩石保护,在那里进行旨在探测暗物质的敏感测量。

  DAMA/LIBRA实验测量到了一个符合研究界预期的信号——暗物质的迹象?然而,其他实验未能复制这一结果,这一问题多年来一直困扰着研究界。“我们的新项目提供了解决这个难题的机会,”马克斯普朗克物理研究所(MPP)的卡洛琳Sch?ffner说。

  COSINUS实验的技术经理进一步解释说:“我们在探测器中使用碘化钠,与DAMA/LIBRA实验中的材料相同,以便能够比较结果。然而,我们的实验装置将实现更高的精度。”

  为COSINUS项目开发了一种特殊的仪器来测量暗物质。要做到这一点,晶体必须冷却到极低的温度(比绝对零度(-273摄氏度)高出百分之一到百分之二度)。它被认为是当它被暗物质粒子撞击时的信号。实验背后的理论是:如果暗物质是由以前未知的粒子组成的,那么地球在穿越太空的过程中应该会与这些粒子相撞。测量装置旨在以两种不同的方式显示这些碰撞。

  Sch?ffner解释说:“如果我们的星系被暗物质粒子所渗透,地球穿过这个‘星云’的速度有时会更快,有时会更慢。”她补充说:“这种情况就像在雨中开车:我们开得越快,雨滴就越多。所以我们希望在不同的时间探测到不同数量的暗物质。”

  当晶体被暗物质粒子撞击时,晶体的原子就会振动。晶体晶格应该开始摆动并升温——这种热能是可以测量的。此外,光应该在探测器可以“看到”的晶体中产生。在有争议的DAMA/LIBRA实验中,只测量了光。在COSINUS实验中检测两个信号的能力提供了关于粒子类型的更精确的信息。

  Sch?ffner强调:“这很重要,因为在这种探测器中测量到的每个信号都不是暗物质的迹象。”她补充说:“例如,它们可以是由自然放射性产生的普通电子。或者中子,它们是由宇宙粒子产生的。”

  为了探测来自暗物质的信号,晶体必须尽可能有效地屏蔽任何背景噪声。因此,研究地点选择在意大利山脉。许多高灵敏度的实验是在格兰萨索国家实验室的隧道系统中进行的。探测器也被放置在一个7米高的水箱里,里面有高纯度的水。研究小组预计,第一批结果将于2025/2026年公布。欧几里得太空望远镜也在寻找暗物质,但不是在地球上,而是在太空中。

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