新构想将另辟蹊径探测更轻暗物质

聂翠蓉

2017年11月03日  来源：科技日报

　　暗物质是当今物理学谜团之一。现有大型探测器搜寻暗物质粒子多年，至今未果。1日出版的《物理评论快报》刊登了美国布朗大学科学家的全新构想，将为暗物质搜寻另辟蹊径，他们设计出一种全新探测装置，通过暗物质粒子与超流体氦相互作用，将探测约10个质子重的超轻暗物质粒子，灵敏度比现有大型粒子探测装置要高3—4个数量级。

　　暗物质是宇宙的重要组成部分，在宇宙中占比高达27%，暗物质粒子不带电荷，质量比电子和光子还小，且与普通物质几乎不发生相互作用，因此很难直接被探测到。但星系旋转方式和光线在行进中的弯曲，都证明宇宙中存在着一种看不见的引力，让物理学家坚信，暗物质一定以某种形式与我们同在，而且很可能是一种基本粒子。

　　但在现有大型暗物质粒子的搜寻中，无论是低温暗物质搜寻项目，还是地下氙暗物质实验，这些上天入地的各大项目虽已取得很大进展，却都还没有获得暗物质存在的直接证据。这些暗物质实验项目，都选择遵照现有理论体系预言，比如超对称理论认为，暗物质粒子应该有数百个质子重，因此将目标锁定在10倍到10000倍质子质量的范围内。

　　布朗大学科学家这次提出的探测装置，通过暗物质粒子与超流体氦中的单个氦原子碰撞作用，将碰撞后释放出来的氦原子作为暗物质存在的信号，可以灵敏探测10个质子质量的更轻暗物质粒子。研究人员表示，由于装置中设计了由带正电金属图钉组成的阵列，施加电场后被暗物质粒子碰撞产生的氦原子能被正离子化，标准量热计就可以探测出粒子碰撞产生的温度变化，且装置中单原子信号被扩增，因此灵敏度比现有大型暗物质实验高出3—4个数量级。