来自 趣事 2021-09-18 10:24 的文章

意大利XENON1T实验可能探测到源自太阳的暗能量

9月18日,英国剑桥大学的研究人员在《物理评论D》上发表了一篇文章,称意大利XENON1T实验中一些无法解释的结果可能是由暗能量引起的,而不是实验旨在探测的暗物质。
 
他们建立了一个物理模型来帮助解释这些结果,并证实这些结果可能源于太阳强磁场中产生的暗能量粒子,尽管需要未来的实验来证实这一解释。研究人员表示,他们的研究可能是直接探测暗能量的重要一步。
 
我们在天空和日常生活中肉眼能看到的一切,从小卫星到巨大的星系,从蚂蚁到蓝鲸,只占宇宙物质的5%,而其他物质是“黑暗”的,大约27%是暗物质——连接星系和宇宙网络的无形力量,而68%是暗能量,导致宇宙加速膨胀。
 
该研究报告的作者、剑桥大学卡维里宇宙学研究所的桑尼·瓦格诺齐博士认为,虽然暗物质和暗能量是看不见的,但我们对暗物质的了解更多,因为它早在20世纪20年代就被提出,而暗能量直到1998年才被发现。像XENON1T这样的大规模实验旨在通过寻找暗物质与普通物质“碰撞”的迹象来直接探测暗物质,但暗能量更难以捉摸。
 
为了探测暗能量,科学家通常会寻找引力的相互作用,也就是引力吸引物体的方式。在最大的尺度上,暗能量的引力效应是排斥性的,它将物体相互拉离,加速了宇宙的膨胀。
 
大约一年前,XENON1T的实验报告发现了一个意想不到的信号,或者说超出了预期的背景。这项研究的合著者、意大利弗拉斯卡蒂国家实验室的研究员卢卡·西内利博士说,这种过剩现象通常是偶然的,但偶尔也会导致根本性的发现。我们探索了一种模型,在这种模型中,信号可以归因于暗能量,而不是最初设计在实验中检测到的暗物质。
 
当时,科学家对实验结果最流行的解释是太阳产生的轴子,这是一种假设的极轻粒子。然而,这种解释经不起观测验证,因为解释XENON1T信号所需的轴子数量会完全改变质量大于太阳的恒星的演化,这与我们观测到的现象相冲突。
 
我们还远没有完全理解什么是暗能量,但是大多数暗能量的物理模型都可以指向所谓的“第五种力量”。宇宙中有四种基本力,都无法解释这种神秘现象。科学家有时称这种神秘现象为“第五种力量”作用的结果。
 
然而,我们知道爱因斯坦的引力理论在局部宇宙中非常有效。因此,任何与暗能量有关的第五种力都是不必要的,必须在小尺度上“隐藏”或“屏蔽”,并且只能在爱因斯坦引力理论无法解释宇宙加速度的大尺度上运行。为了隐藏第五力,很多暗能量车型都配备了所谓的屏蔽机制,动态隐藏第五力。
 
Visinelli和研究报告的合著者构建了一个物理模型,该模型利用一种叫做变色龙筛选的机制来呈现太阳强磁场产生的暗能量粒子,可以解释XENON1T实验中无法解释的现象。
 
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他说:“我们用变色龙屏蔽机制屏蔽了超致密天体中产生的暗能量粒子,排除了太阳轴子的可能性。我们可以把密度非常低的局部宇宙和密度非常低的最大宇宙分开。”
 
利用这个实验模型,研究人员证实,如果在太阳的特定区域产生暗能量,探测器可以发现那里的磁场特别强。Visinelli说:“令人惊讶的是,这种过剩现象可能是由暗能量而不是暗物质引起的。当一切都这样组合起来,真的很特别。”
 
同时,研究和计算表明,像旨在探测暗物质的XENON1T这样的实验也可以用来探测暗能量,但这个结论还需要更多的实验来验证。Visinelli说:“首先,我们需要知道这不是偶然的。如果XENON1T实验真的观察到了一些东西,你会期望在未来的实验中再次看到类似的过度行为,但这将是一个更强的信号。”
 
如果我们观察到的过度现象是由暗能量引起的,那么XENON1T实验将会进一步升级和完善,而实现类似研究目标的实验,比如LUX-Zeplin和PandaX-xT实验,很有可能在未来十年直接探测到暗能量。