国家标准与技术研究所 可见物质只占宇宙组成的很小一部分
暗能量，一种加速宇宙膨胀的神秘物质，占据主导地位，其次是暗物质，一种施加引力的无形物质
信用:NIST 国家标准与技术研究所(NIST)的研究人员和他们的同事提出了一种寻找暗物质的新方法，这种宇宙神秘物质几十年来一直未被发现
暗物质约占宇宙的27%；普通物质，比如建造恒星和行星的物质，只占宇宙的5%
(一个叫做暗能量的神秘实体占了另外68%
) 根据宇宙学家的说法，宇宙中所有可见的物质都只是漂浮在一片巨大的暗物质海洋中——这些粒子是不可见的，但它们有质量并施加重力
暗物质的引力会提供缺失的胶水，防止星系分崩离析，并解释物质如何聚集在一起形成宇宙丰富的银河织锦
这项提议的实验中，十亿毫米大小的摆将作为暗物质传感器，这将是第一次仅通过暗物质与可见物质的引力相互作用来寻找暗物质
该实验将是为数不多的搜寻质量与一粒盐一样大的暗物质粒子的实验之一，这种规模很少被探索，也从未被能够记录微小重力的传感器研究过
以前的实验通过寻找不可见粒子和某些普通物质之间相互作用的非重力迹象来寻找暗物质
这就是寻找一种被称为弱相互作用大质量粒子的假想暗物质的情况，这种物质是二十多年来看不见的物质的主要候选者
物理学家寻找证据，证明当弱光子偶尔与探测器中的化学物质碰撞时，它们会发光或释放电荷
以这种方式寻找软骨头的研究人员要么空手而归，要么获得不确定的结果；这些粒子太轻(理论上质量介于电子和质子之间),无法通过它们的引力探测到
随着对弱能粒子的搜索似乎已接近尾声，NIST大学的研究人员和他们的同事们正在考虑一种更直接的方法来寻找质量更大的暗物质粒子，这样就能产生足够大的引力来被探测到
“我们的提议完全依赖于引力耦合，这是我们唯一确定存在于暗物质和普通发光物质之间的耦合，”该研究的合著者丹尼尔·卡尼(Daniel Carney)说，他是一名理论物理学家，与NIST、联合量子研究所(JQI)、马里兰大学学院公园量子信息和计算机科学联合中心(QuICS)以及费米国家加速器实验室有着共同的联系
研究人员还包括NIST的雅各布·泰勒、JQI和奎克斯；JQI和基克斯的苏希提·戈什；和费米国家加速器实验室的戈丹·克兰吉克计算出，他们的方法可以寻找最小质量约为一粒盐的一半，或约为一个质子的十亿倍的暗物质粒子
科学家们今天在《物理评论D》上报道了他们的发现
因为实验中唯一未知的是暗物质粒子的质量，而不是它如何与普通物质结合。“如果有人建立了我们建议的实验，他们要么找到暗物质，要么排除大范围可能质量的所有暗物质候选物，”卡尼说
这项实验对大约1/5，000毫克到几毫克的微粒很敏感
这种质量尺度特别有趣，因为它涵盖了所谓的普朗克质量，这是一种仅由自然的三个基本常数决定的质量，相当于大约1/5000克
卡尼、泰勒和他们的同事为他们的引力暗物质实验提出了两个方案
两者都涉及微小的、毫米大小的机械装置，作为非常灵敏的重力探测器
传感器将被冷却到略高于绝对零度的温度，以最大限度地减少与热相关的电噪声，并屏蔽宇宙射线和其他放射性源
在一个场景中，无数个高度敏感的摆锤会响应一个经过的暗物质粒子的牵引而轻微偏转
类似的装置(尺寸更大)已经被用于最近获得诺贝尔奖的引力波探测，这是爱因斯坦引力理论预测的时空结构中的波纹
小心悬挂的镜子，像钟摆一样，对通过的引力波的反应小于原子的长度
在另一个策略中，研究人员建议使用磁场悬浮的球体或激光悬浮的珠子
在这个方案中，当实验开始时，悬浮被关闭，因此球体或珠子自由下落
一个经过的暗物质粒子的重力会稍微干扰自由落体的路径
“我们用物体的运动作为我们的信号，”泰勒说
“这基本上不同于外面的每个粒子物理探测器
" 研究人员计算出，需要一个分布在一立方米范围内的大约10亿个微型机械传感器阵列，才能将真正的方舟物质粒子与普通粒子或虚假随机电信号或“噪声”区分开来，这些信号或噪声会在传感器中触发虚假警报
普通的亚原子粒子，如中子(通过非重力相互作用)，会在一个探测器中停止死亡
相比之下，科学家们预计，一个暗物质粒子，像一颗微型小行星一样呼啸而过，会在重力作用下一个接一个地晃动它路径上的每个探测器
噪声会导致单个探测器随机、独立地移动，而不是像暗物质粒子那样按顺序移动
另外，十亿个探测器的协同运动将揭示暗物质粒子在阵列中缩放时的方向
为了制造如此多的微型传感器，该团队建议研究人员可以借用智能手机和汽车行业已经用于生产大量机械探测器的技术
由于单个探测器的灵敏度，使用该技术的研究人员不必局限于黑暗面
同一个实验的小规模版本可以探测到来自遥远地震波的微弱力，以及来自普通亚原子粒子(如中微子和单个低能光子(光粒子))通过的微弱力
卡尼说，小规模的实验甚至可以寻找暗物质粒子——如果它们像一些模型预测的那样，通过非重力向探测器施加足够大的冲击力
卡尼说:“我们正在设定建造一个引力暗物质探测器的宏伟目标，但R&D需要实现这一目标，这将为许多其他探测和计量测量打开大门。”
其他机构的研究人员已经开始使用NIST团队的蓝图进行初步实验
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