旨在搜索暗物質的義大利 XENON1T 實驗,可能直接探測到暗能量

作者 | 發布日期 2021 年 09 月 17 日 18:18 | 分類 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


去年,位於義大利的 XENON1T 暗物質實驗探測到異常的訊號過量事件,當時科學家不管配對什麼類型的暗物質都無法與數據結果對上。現在劍橋大學的新模型指出,也許當時探測到的不是暗物質,而是更加神秘的暗能量。

XENON1T 是一個旨在探測暗物質粒子的實驗,由義大利格蘭薩索山脈底下 1,400 公尺深處的格蘭薩索國家實驗室進行,透過一桶 1,300 公斤的超純液態氙,尋找理論中大質量弱相互作用粒子(WIMP)與物質作用時引起的閃光和電離的自由電子。

然而去年,物理學家報告 XENON1T 實驗產生奇怪的訊號,嫌疑人不定,現在英國劍橋大學團隊提出了一個當時沒考慮過的答案:XENON1T 沒發現暗物質,卻可能發現了暗能量,這是一種加速宇宙膨脹的神秘力量。

我們在天空、日常生活中看到的一切萬物,從月亮到巨大的星系、從螞蟻到藍鯨——構成這些物體的一般物質只佔整個宇宙不到 5%,而主導著宇宙結構、將星系無形相連的暗物質數量為常規物質 5 倍,導致宇宙加速膨脹的暗能量則占據了 68.3%。只不過暗物質與暗能量皆難以捉摸,前者似乎僅透過與恆星、星系、星系團等大質量物體的引力作用才曝光於世人眼中。

為了追查暗物質下落,科學家們進行了不少直接探測實驗(又分為低溫探測器與惰性液體探測),這些設備一般都這設置於地底深處以避免宇宙射線雜訊干擾,其中利用惰性液體探測的實驗包括 ZEPLIN、XENON、DEAP、ArDM、WARP、LUX 等。

XENON1T 實驗於 2016 年至 2018 年間展開搜索,並在 2020 年報告發現令人驚訝的訊號過量事件,當時推測很可能是軸子(axion),然而如果真是軸子,XENON1T 收集到的軸子數量會大幅改變那些比太陽重的恆星演化過程,與我們過去觀察到的情況相矛盾。

現在,劍橋大學團隊建立一個新物理模型解釋數據,認為這些訊號實際上可歸因於暗能量,而不是實驗最初設計用來檢測的暗物質。

雖然結果尚未得到確認,但如果 XENON1T 真的看到了暗能量,未來升級後的實驗將能再次看到類似的過剩事件,且訊號會強得多。新論文發表在《物理評論 D 刊》(Physical Review D)。

(首圖來源:劍橋大學