引诱暗物质信号持续20年

admin 2018-05-14

一群物理学家表示,它仍然在探测暗物质的存在 - 这种神秘物质被认为占宇宙中85%的物质 - 在它看到这种信号的第一提示20年之后。

DAMA是意大利和中国研究人员的合作项目,已经公布了六年来的数据采集的期待已久的结果,随后在2010年升级为实验。这一发现促进了多个试图重现DAMA结果的团体,其中一直存在争议,与其他实验相矛盾。物理学家说,但是DAMA的灵敏度提高也使得其结果难以解释。

观测星系和宇宙的原始辐射意味着绝大多数物质是一种看不见的类型,几乎完全通过引力相互作用。存在许多理论来解释这种暗物质的性质,许多实验试图通过与普通物质的微妙相互作用来检测它。

罗马大学Tor Vergata的物理学家Rita Bernabei自早期领导DAMA以来,于3月26日在意大利中部Gran Sasso国家实验室召开的一次会议上展示了最新成果,该实验位于山下的一个洞穴中。她的演讲中的幻灯片可以在线获得,Bernabei告诉“自然”杂志。她的团队在最终确定结果时不会发表评论。

寻找暗物质的物理学家希望能够测量当暗物质的“晕圈”中被认为包围银河系的粒子与地球上普通物质的原子相互作用时发出的微量能量。

DAMA通过记录当亚原子粒子撞击钠或碘原子的核时在碘化钠晶体内发生的短暂闪光。由于杂散中子和其他背景放射性物质的碰撞,会发生一些闪烁现象。但是银河系暗物质的信号会很突出,因为它会表现为特征性的年度调制。

这是因为当太阳在银河周围移动时,光环应该像太阳系那样作为头风来袭,从地球看到的太阳系的速度会随着地球绕着太阳而稍微变化。地球移动速度越快,检测到的暗物质越多,因此检测到的闪烁次数在一年中会有所不同。安娜堡密歇根大学的理论物理学家物理学家Katherine Freese说,这些信号应该在6月初达到峰值,并且在12月初达到最低点,这是1986年首次提出寻找这种波动的团队的一部分。

疑问的光晕

但是当DAMA首次宣布它发生了这样的波动时,在1997年早期版本的实验开始后不久,物理界对此持怀疑态度。批评者怀疑这种影响是暗物质的真正标志。相反,他们说,设备中的地面来源或怪癖可能模仿真实的信号。检测器的部分更换为新技术后,也有可能会消失。但是那没有发生。 “调制仍在,大声清晰,”Freese说。

一些越来越复杂的实验也应该看到暗物质 - 尽管采用不同的技术 - 至今尚未发现。但是DAMA团队继续看到波动。该小组证实,它最近在20132年看到了该信号,该信号来自此前实验的一个称为DAMA / LIBRA阶段1的实验。来自升级的DAMA / LIBRA阶段2的最新发现来自其他实验尝试第一次使用与DAMA中相同类型的碘化钠晶体来证实或否认索赔。

领先的是COSINE-100,这是在韩国阳阳地下实验室进行的美国和韩国实验。大田基础科学研究所的物理学家Hyunsu Lee说,如果DAMA的信号在新的数据中消失了,那么它会削弱进一步进行碘化钠实验的动机。

“对我们来说,这些结果非常令人鼓舞,”西班牙萨拉戈萨大学的物理学家Susana Cebrian说,他在比利牛斯地区的Canfranc地下实验室从事另一个复制尝试,名为ANAIS。

意想不到的偏差

但是DAMA的最新成果有一个转折。升级使它对较低能量碰撞敏感 - 来自较慢移动粒子的信号。对于典型的暗物质模型,从地球上看,波动的时间应该反过来低于某些能量:“它应该在12月达到峰值,在6月达到最低点,”Freese说。最新的结果并不能证明这一点。

伊利诺斯州芝加哥大学的实验物理学家Juan Collar说,这种偏差“令人耳目一新,并且是一种思考的食物”,他从事暗物质检测。 “模型建造者将会拥有一个球,”他补充道。 “它可能指向一个世俗的起源,或者一个邪恶复杂的暗物质解释。”

但许多物理学家仍然表示怀疑。伊利诺伊州巴达维亚费米国家加速器实验室的物理学家丹·胡珀于3月26日发布了推文:“我是一位非常有创造力的暗物质模型制作者(如果我自己这样说的话),我不能想出一个可行的模型,可以产生这个信号。“

Freese不是DAMA协作的一部分,他更为乐观。她说低能量的数据仍然是暂定的,并且可能与翻转兼容。

“比以往任何时候都更迫切需要一个基于相同技术的独立实验,如ANAIS,可以重现这种效应,”Cebrian说。她说,她的团队将在八月结束第一年的数据采集工作,并且希望在年底之前发布结果。

到那时,COSINE-100将累积两年的数据,并打算发布其第一批结果。澳大利亚和日本计划进行其他实验;日本研究人员希望在神冈地下天文台建立的PICO-LON探测器将致力于对那些低能耗事件特别敏感,德岛大学负责此项工作的Kenichi Fushimi说道。

虽然DAMA的最新升级消除了一些潜在的问题,可能是探测器内部产生了这种效应,但Collar说:“然而,这个谜团仍然是为什么他们的结果与这个领域的其他所有发现都不相容。”

Nature 556,13-​​14(2018)


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