地下2公里,新一代暗物质探测器开启搜索

宇宙中,有种东西无处不在,但我们看不见也摸不着。它占了宇宙物质的 85%,至今仍像影子般神秘。科学家称之为——暗物质。

插图显示了一个嵌入暗物质晕中的星系;对这种神秘“物质”的搜索范围即将扩大

几十年来,人们一直在寻找它,但这就像在吵闹的体育场里听人小声说话一样,几乎不可能。

现在,在法国阿尔卑斯山地底深处,一种“新武器”或许能让我们更接近真相。

暗物质是现代物理学的一大难题。

它自身不发光,也不反射光,很难直接观察到,但它确实存在。天文学家通过星系的运动发现,星系就像漂浮在巨大的“暗物质晕”中,而且这些暗物质的质量远超星系中可见的恒星、气体和尘埃。

也就是说,宇宙的主要“骨架”其实是由暗物质支撑的。

但关键是:它究竟是什么?

地下 2 公里,暗物质探测器启动

为了破解这个谜题,科学家们正在法国阿尔卑斯山地下约 2 公里的地方,安置一台全新的暗物质探测器。这个装置叫做 DAMIC-M,目前的原型机只有 8 个传感器,未来会扩展到 208 个,成为全球最灵敏的暗物质探测器之一。

为什么要放在地下?

因为要探测暗物质,首先要挡掉地面的各种“噪音”。宇宙射线会不停地轰击地球,产生干扰信号。埋得越深,厚厚的岩层就能像天然屏障一样,隔绝这些“背景噪音”。同时,科学家们还用古老的铅和特殊纯净的铜来进一步过滤辐射。

硅基跳线CCD灵敏度足以探测到电子大小的暗物质粒子。暗物质探测器被包裹在特制的电铸铜和低放射性铅层中。

在这个几乎与世隔绝的环境里,探测器就像一只“耳朵”,努力捕捉可能来自暗物质的微弱信号。

DAMIC-M 的核心是硅跳频 CCD(电荷耦合器件)。它非常灵敏,能探测到一个电子在原子核周围运动时发出的极小信号。

这种灵敏度意味着,它或许能找到比传统“弱相互作用大质量粒子(WIMPs)”更轻、更微弱的暗物质候选者。

研究团队成员打了个比方:

“寻找暗物质的信号,就像在人山人海的体育场里,想要听清某个人说的悄悄话。”

人类已经花了 40 多年寻找暗物质,但始终没有找到。大型强子对撞机(LHC)之类的高能实验设施也一直没能捕捉到它的踪迹。

这次,DAMIC-M 也许能把探索的范围扩展到一个全新的区域,帮助我们排除错误的理论,或者直接找到新粒子存在的证据。

这里展示的 XENON100 探测器于 2010 年代用于搜寻被称为 WIMPS 的暗物质候选粒子。

正如一位研究人员所说:

“暗物质是塑造我们宇宙的关键,也是宇宙学中最大的谜团之一。虽然几十年过去了,我们仍然没有收获。但这一次,我们总算可以扩大搜索范围了。”

在宇宙中,我们熟悉的物质——星星、行星、你和我——只占不到 5%。剩下的 95% 仍然是个谜。

DAMIC-M 会成为打开暗物质之门的钥匙吗?

你认为,人类能在有生之年真正“看见”暗物质吗?欢迎留言讨论。


(资讯责编:拓荒牛 )