暗物质发现在即? (2)

暗物质是构建星系的骨架,”美国加利福尼亚大学欧文分校的宇宙学家詹姆斯·布洛克(James Bullock)说,“没有它们,我真的不认为在宇宙中会存在多少结构。”

天文学家发现了它,宇宙学家勘测了它,最热衷于了解它们的却是粒子物理学家。他们知道,暗物质有着本质上的差异,游离于描述可见宇宙中粒子和作用力的标准模型之外。许多科学家相信,暗物质是一扇通往未知世界的窗户。但它们是什么呢?

暗物质的头号候选者是弱相互作用大质量粒子(WIMP)。我们怀疑它们和可见物质间仅有引力和弱核力作用。尽管弱核力作用很弱,但我们仍然可以通过它探测到WIMP。在针对它们所进行的几十年的搜索中,暗物质猎人们采取了3种互补的手段:直接探测、间接探测,以及对撞机

低温暗物质搜寻实验(CDMS)是直接探测的代表——也是可能找到暗物质的实验之一。它的想法是,在银河系中穿行的数十亿个WIMP中,总该会有某一个与探测器中的某个原子核发生相互作用,非常轻微地推它一下。CDMS的夹心标靶由传感器之间的硅和锗构成,它们会记录下电子以及由这些碰撞所产生的微弱振动。为了保护这些探测器免受背景干扰辐射的影响,CDMS的团队将它安置在美国明尼苏达州一个地下700米深的矿井里。它们会被冷却到距离绝对零度仅有百分之一度,从而把热噪声降到最低。

2013年4月,CDMS团队公布了硅中发生的、可能是WIMP的3次碰撞。这些粒子的质量为8 GeV(10亿电子伏特),是质子质量的大约8倍。不过,仅有的3次碰撞,不足以让科学家确信。

不过,CDMS的发现为暗物质搜索添加了额外的变数。原因在于,这些结果与同在美国明尼苏达矿井中的CoGeNT实验相符,后者在2011年观测到了有着相同质量的粒子。和CDMS一样,CoGeNT并没有观测到足够数量的事件来得出全然的结论。不过,把这些结果汇总到一起,却耐人寻味。尤其是,CoGeNT最初的目标之一便是平息暗物质圈里声名狼藉的一个议题,即所谓的DAMA/LIBRA异常。

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