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  • 暗能量的粒子性能性质被缩小?这个实验到底发现了什么?

    英国的一项实验未能找到一个可以解释宇宙大部分质量的粒子的证据。但显然这个搜索还没有结束。

    暗能量的粒子性能性质被缩小?这个实验到底发现了什么?

    图解:以变色龙粒子为特征的修正引力理论下形成的星系的模拟。

    当宇宙学家观察宇宙膨胀的方式时,他们发现当今的物质理论不能解释宇宙的大部分能量。他们将这种未知能量称为“暗能量”,理论家们试图通过提出未被发现的粒子和相应的场来解释它。众多实验都未能找到此类粒子的证据,但在物理学中,这不一定是件坏事。

    暗能量的粒子性能性质被缩小?这个实验到底发现了什么?

    图解:今期与早期的宇宙质能分布饼图

    该研究的作者之一、英国诺丁汉大学物理学和天文学副教授Clare Burrage告诉天文在线:“我们并没有排除一切。”“还有一个参数窗口可以说是更加有趣的。”

    1998年对最遥远的超新星的两次观测显示,宇宙不仅在膨胀,而且这种扩张正在加速。解释这种膨胀需要一种新的、未被发现的、驱使物质分裂的力量,物理学家称之为暗能量。从那时起的计算表明,暗能量应该占宇宙总质量和能量的三分之二以上,但我们并不知道能量的实际来源是什么。

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    图解:由大型强子对撞机中的紧凑μ子线圈得到的希格斯玻色子产生时的景象。它是通过衰变为强子喷流的质子与电子的碰撞形成的。

    物理学家将宇宙中常规物质之间的力,如电磁力,理解为场(你在场中的位置决定了你感受到力的强度)以及相应的粒子(你可以将两个物质粒子之间的相互作用理解为力粒子的交换)。因此,一些暗能量理论提出,它是一种新的力量,太弱了以至于人们无法在地球上观察到它,这种力量有一个相应的粒子;这些被提出的粒子有例如变色龙或Symmteron这样的名字。计算证据表明,变色龙理论是一种可行的暗能量理论,而之所以将其命名为“变色龙”,是因为它们的特性取决于它们所处的环境。

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    在英国工作的研究人员此前曾提出,如果这些力量存在,可能可以通过一种类似于伽利略从比萨斜塔顶部扔下两个球的特殊实验来检测到。研究人员将一个杏仁大小的铝球固定在一根杆子上,这样它就可以四处移动,接着把它放在一个极端的真空室里。然后,他们泵浦并捕获了一个冷的铷原子脉冲,最后释放陷阱。研究人员使用了一种名为原子干涉测量的检测方案,基于将特制的激光照射到原子上,测量原子如何朝着不同位置的铝球移动的变化程度,以寻找与理论预期的最微小的加速度差异。

    暗能量的粒子性能性质被缩小?这个实验到底发现了什么?

    根据这篇发表在《物理评论快报》上的论文,实验发现,如果变色龙粒子或对称粒子存在,那也会因为它们的影响太小而导致无法用这种装置测量。这种无效的结果很重要——它告诉理论家和实验学家去别处寻找能够解释暗能量的粒子。

    暗能量的粒子性能性质被缩小?这个实验到底发现了什么?

    这些结果证实了美国一组科学家在2017年发表的一篇论文中的一组类似结果,尽管检测方案略有不同。这个2017年的项目的负责人、加州大学伯克利分校、并未参与这项新研究的Holger Müller在一封电子邮件中告诉天文在线,这篇论文“质量非常高,证实了我们早先的限制”。 “他们使用了相似但并不相同的技术,所以这显然是对实验数据的有意义的强化。这篇新论文中的三位科学家伯拉奇、科普兰和海因兹的一篇理论论文激发了我们研究变色龙的灵感,这一点我应该完全归功于这篇论文。

    重要的是要继续寻找。Burrage告诉天文在线,这些实验为一些迭代的变色龙留下了生存的空间。现在的重点是提高这些实验的灵敏度。

    参考资料

    1.Wikipedia百科全书

    2.天文学名词

    3. Ryan F. Mandelbaum- 天文在线-罗导

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