作者小格伦·罗伯茨
这张图片是通过模拟显示宇宙中暗物质的演化而产生的
信用:Milennium-II模拟 到目前为止，暗物质挑战了每一种被设计用来寻找它的探测器
由于它在太空中巨大的引力足迹，我们知道暗物质一定占宇宙总质量的85%，但我们还不知道它是由什么组成的
几个寻找暗物质的大型实验已经通过一种被称为散射的过程寻找暗物质粒子撞击原子核的迹象，这种过程可以在这些相互作用中产生微小的闪光和其他信号
现在，由能源部劳伦斯·伯克利国家实验室(伯克利实验室)和加州大学伯克利分校的研究人员领导的一项新研究提出了捕捉暗物质粒子信号的新途径，这些暗物质粒子的能量被这些原子核吸收
吸收过程可能会给受影响的原子一个反冲，导致它喷出一个更轻、更有能量的粒子，比如电子，它也可能产生其他类型的信号，这取决于暗物质粒子的性质
这项研究主要集中在当暗物质粒子撞击原子核时，电子或中微子被射出的情况
这项发表在5月4日《物理评论快报》上的研究提出，一些现有的实验，包括寻找暗物质粒子和与中微子相关的过程的实验——幽灵般的、可检测的粒子，可以穿过大多数物质，并具有改变成不同形式的能力——可以很容易地被扩大，以寻找这些与吸收相关的暗物质信号类型
在南达科他州铅的桑福德地下研究设施组装期间，光电倍增管阵列被准备用于弱能粒子搜寻LUX-ZEPLIN实验
学分:马特·卡普斯特/SURF 此外，研究人员提出，对以前收集的粒子探测器数据的新搜索可能会发现这些被忽视的暗物质信号
“在这个领域，我们已经有了一个明确的想法，关于动机良好的暗物质候选物，比如弱相互作用大质量粒子，”该研究的主要作者杰夫·德罗说，他是伯克利实验室理论小组和加州大学伯克利分校伯克利理论物理中心的博士后研究员
Dror指出，暗物质推动了已知基本物理定律的边界，这些定律被封装在粒子物理的标准模型中，“WIMP范式很容易构建到标准模型中，但我们很久没有找到它了。”
因此，物理学家现在正在考虑暗物质粒子可能隐藏的其他地方，以及其他粒子的可能性，例如理论化的“无菌中微子”，它们也可以被纳入被称为费米子的粒子家族——包括电子、质子和中微子
Dror说:“对WIMP范例稍加修改，就很容易适应完全不同类型的信号。”
“如果你以我们一直以来思考暗物质的方式退一步，你可以用很少的代价取得巨大的进步
" 加州大学伯克利分校的研究生罗伯特·麦基和华盛顿大学的吉利·埃洛是这项研究的合著者
该图表显示了各种实验对充电电流信号的灵敏度范围
信用:杰夫A
德罗、吉利·埃洛和罗伯特·麦基 研究人员指出，他们关注的新信号的范围打开了暗物质粒子可能性的“海洋”:即尚未发现的费米子，其质量比弱能粒子的典型范围要轻
例如，它们可能是无菌中微子的近亲
研究小组考虑了被称为“中性电流”的吸收过程，在这种过程中，探测器材料中的原子核会反冲，或者因与暗物质粒子碰撞而受到震动，产生可以被探测器拾取的独特能量信号；还有那些被称为“带电电流”的物质，当暗物质粒子撞击原子核时会产生多重信号，导致反冲和电子喷射
电荷电流过程也可能涉及核衰变，在核衰变中，其他粒子从原子核中喷出，作为一种由暗物质吸收引发的多米诺骨牌效应
研究人员指出，寻找研究中中性电流和充电电流过程的暗示特征可能会打开“未探索的参数空间的数量级”
它们聚焦于兆电子伏的能量信号，这意味着数百万电子伏
电子伏特是物理学家用来描述粒子质量的能量量度
同时，典型的弱能粒子搜索现在对能量在千电子伏范围内的粒子相互作用很敏感
德罗说，对于研究人员在研究中探索的各种粒子相互作用，“你可以预测出来的粒子或受到‘刺激’的核子的能谱是多少。”
核子是指位于原子核中的带正电荷的质子或不带电荷的中子，当被暗物质粒子撞击时，它可以吸收能量
他补充说，这些吸收信号可能比暗物质探测器通常设计用来寻找的其他类型的信号更常见——我们只是还不知道
Dror说，拥有大量探测器材料、高灵敏度和极低背景“噪声”或来自其他类型粒子信号的不必要干扰的实验，特别适合这种对不同类型暗物质信号的扩展搜索
组装期间的EXO-200时间投影室
信用:EXO-200合作 例如，LUX-ZEPLIN (LZ)，一个由伯克利实验室领导的超灵敏暗物质搜索项目正在南达科他州的一个矿井中建设，是一个可能的候选项目，因为它将使用大约10公吨的液态氙作为其检测介质，并被设计成能被其他类型的粒子噪声严重屏蔽
参与这项研究的研究人员团队已经与运行浓缩氙观测站(EXO)的团队进行了合作，该观测站是一个地下实验，旨在利用液态氙探索一种被称为无中微子双β衰变的理论化过程，以打开对这些其他类型暗物质信号的探索
对于正在运行的类似类型的实验，“数据基本上已经在那里了
这只是看它的问题，”德罗说
研究人员列出了一系列世界各地的候选实验，这些实验可能具有相关数据和搜索能力，可用于找到它们的目标信号，包括:CUORE、LZ的前身LUX、PandaX-II、XENON1T、KamLAND-Zen、SuperKamiokande、CDMS-II、DarkSide-50和Borexino等
作为下一步，研究小组希望与实验合作来分析现有数据，并找出是否可以调整活动实验的搜索参数来搜索其他信号
“我认为社区已经开始意识到这一点，”德罗说，并补充道，“这个领域最大的问题之一是暗物质的性质
我们不知道它是由什么组成的，但在不久的将来，回答这些问题可能是我们力所能及的
对我来说，这是继续努力的巨大动力——有新的物理学问世了
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
