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20亿美元阿尔法磁谱仪探测宇宙暗物质,暗物质轴

暗物质轴子探测:认识宇宙的新窗口

阿尔法磁谱仪(Alpha Magnetic Spectrometer)是贰个陈设安装于列国空间站上的粒子物理试验设备。其目的在于探测宇宙中的奇怪物质,满含暗物质及反物质。 二零零六年二月中,诺Bell物医学奖得到者丁肇中教授颁发,阿尔法磁谱仪将于2009年八月二十17日早上7点30分在美利坚同同盟者Kennedy空间宗旨搭乘奋进号航天飞机的STS-134航班升空,送到国际空间站,早先定时3年的研究之旅。

暗物质模型中,暗物质也是由粒子构成的,暗物质粒子本身不可探测(无电磁相互效用),不过一旦暗物质粒子的相互功效大概辐射一些可探测的粒子,比方电子/正电子。那样,因为暗物质粒子有三个相比较狭窄的能量布满,它发出电子就能够对电子/正电子能量谱某一段的遍及产生影响。

■高宇 李闯 李田军

那台价值20亿欧元、重达7吨的阿尔法磁谱仪是台宏大的机器,机器中心有一块特意规划的磁块。磁块能扭转高能带电粒子的位移轨迹--宇宙射线,把射线导向一多元的感应器上,并由感应器分析那么些粒子的来头。在本地上,大家建造了巨型的粒子加速器,并让粒子相互对撞,以模拟它们在宇宙中生出时的历程。

故此,明白电子/正电子能量布满就很要紧。二个很要紧的方案就是衡量大气层外宇宙射线中的电子/正电子,那将要用到太空探测器。在悟空号以前,已经有一点点宇宙射线探测器了,举例丁肇中主持的阿尔法磁谱仪(AMS)。那多少个探测器比较著名的结果是度量了正负电子比例随能量变化的歇斯底里,那时感到它直接注明了暗物质存在(暗物质可能与反物质相互功用)。

近年,美利坚联邦合众国澳大利亚国立州立高校物军事学家实现了一项名字为ABRACADABRA(魔术师用语:见证神蹟的随即,简称为ABRA)的轴子搜寻手艺的事先测验。这项试验的指标是期望能探测到轴子型暗物质粒子。

而是,任哪个地方方上的粒子加快器都没办法儿与自然界的自然粒子加快器相比较--地球上的条件会抽出宇宙射线,由此科学们运用阿尔法磁谱仪去捕捉宇宙中“原汁原味”的粒子,以弥补大型强子对撞机在实验上的欠缺。

尝试首席研商员、澳大利亚国立高校物医学助教Lindley 温斯洛说:“那是首先次有人直接探测这些质量范围的轴子……作为暗物质,轴子恐怕不会潜濡默化您的平日生活,但它们会影响宇宙的膨胀和我们在夜空中见到的星系的变异。”

威尼斯官方网站,从应用商量的角度来讲,赌注一点都不小。阿尔法磁谱仪能够开掘潜在暗物质的对撞结果,而暗物质在高大的天体中占领着极大的上空。阿尔法磁谱仪能捕捉到名称叫“古怪夸克”的东西,乃至能解释为何大家所见到的宇宙,为什么其大端是由物质而不是反物质构成。

ABRA实验现成的探测灵敏度弱于亚洲核子宗旨已部分太阳轴子望远镜,下一阶段的试验灵敏度揣度也远远达不到QCD轴子理论预感的耦合强度。

中原化学家为磁谱仪项目所作进献得到了种类首席化学家丁肇中、项目组以至另异国他乡家物法学家的大范围赞叹。丁肇中曾对报事人代表:“中国科学家为磁谱仪实验作出了决定性贡献。” 美利哥航天局读书人肯·拜耳以往在检验收下产品后对其下边说:“如若你们要找一家能够统一筹算和制作一流航天产品的机关来讲,那本人告诉您,中夏族民共和国有个运载火箭本领研讨院,他们有技能做到这几个职责。”

温斯洛称,他们将一而再运营试验,以达到更加高的灵敏度,与此同时,他们也安排扩大尝试规模,希望能够探测到质量更轻的轴子。

标签: 感应器 试验设备 阿尔法 磁谱仪

轴子是一种超过正规模型预见的赝标量基本粒子。最先由Peccei、Quinn、Weinberg、Wilczek等人提出,并由Wilczek命名。轴子源自于高能标的对称性破缺,能够化解量子色引力学的疑难难题和中子电偶极矩的小巧调整难点。

国际上的别的主流轴子探测比较多聚集于微电子伏特,如由Sikivie等人建议,现献身Washington高校的高精度微波共振腔实验ADMX。

浦项农林科技学院反驳物经济学家们建议了ABRA实验方案,用于探测更低品质的纳电子伏的轴子。2018年,哈佛大学的物艺术学家温斯洛团队进行了那些试验的第贰次试运作,在那时候十一月至二月初间不停取样。

粒子物理的标准模型是全人类认知自然的伟大捷利,可是,众多迹象表明这一正式模型并不完全。除不能够解释暗物质、暗能量等天法学和宇宙学上的意识之外,规范模型自己也会有一部分主题素材。

物经济学的进化历史证明,理论本人的急需是朝着新物理的必定要经过的地方。轴子源点于规范模型中量子色引力学解释自个儿理论疑难的需求,同期又足以对大自然中的暗物质加以合明白释。因而,轴子的提议既是商议自个儿的供给,同一时间又足以分解暗物质的洞察结果。故轴子在物质的为主相互作用和大自然源点与演化两大科学难点方向上都装有重概略义。

越来越风趣的是,类似轴子的粒子广泛存在于高时间和三维的辩白中,如超弦理论。因而,轴子也是开辟普朗克能标物理的三个窗口。但是,轴子的评论品质范围特别广阔,最轻的模子能够小到维特en等人提出的zepto电子伏特(纳电子伏特的万亿分之一),而量子色引力学模型则帮忙于微电子伏特。

近期化学家们尚不可能鲜明轴子的切实品质,由于它们与平日物质的耦合非常弱,那给实验探测带来了挑衅。不过倘诺能够在实践上表明轴子或类轴子的留存,则会让大家的基础理论向着物法学终极难题进步一大步。

重力波的意识为全人类张开了认知宇宙的全新窗口,暗物质轴子的探测是不是能够张开另一扇窗?大家静观其变!

(小编单位:中科院高能物理商讨所、中科院理论物理研讨所)

《中中原人民共和国科学报》 (2019-05-07 第8版 查究意识)

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