捕捉暗世界的幽靈——暗粒子_風聞
观察者网用户_244575-2019-05-07 08:50
原創:牧夫天文
從提出猜想到今天,暗物質一直困擾着研究者們。它們既是宇宙演化的重要參與者,卻又讓我們摸不着頭腦。儘管人類進行了大量尋找暗物質的實驗,但始終沒有什麼收穫。
於是研究者們轉向了暗粒子。我們世界中的常規物質由許許多多不一樣的粒子構成,那麼“暗世界”是不是也有不同種類的暗粒子呢?沒有人知道,也沒有人能證明。但是,在2021年,當LHC(大型強子對撞機)再次投入使用時,這將是科學家們計劃探索的主要項目——去尋找可能存在的暗粒子。
LHC大型粒子對撞機內觀
Credit: Wiki
現在已知的大多數粒子都處於“標準模型”之中,例如電子和光子,或者構成質子和中子的各種夸克。粒子學家不只發現了它們,還弄明白它們相互作用的4種相互作用:電磁作用、引力作用、強相互作用以及弱相互作用。
然而,暗物質並不在標準模型框架之中。不僅因為它是全新的物質,而且它僅表現出引力相互作用,這使暗物質與眾不同。
一些科學家認為暗物質存在於粒子之間的虛空之中,並且有着屬於它們自己的獨特相互作用。打個比方,如果標準模型代表着所有陸棲生物,那麼暗物質就像是第一個露出水面被我們發現的海洋生物。
目前發現的標準模型下的基礎粒子
Credit: Wiki
來自芝加哥大學的物理學家王連濤認為:大型強子對撞機很有可能幫助我們揭開暗粒子的一部分神秘面紗。他的團隊在今年4月3日發表了一篇文章來解釋其中的原因。
大爆炸剛剛發生的幾分鐘內,宇宙中只有混沌的一團團粒子,這些粒子的週期可能還不到一秒鐘。大型強子對撞機的工作是將粒子加速並碰撞,由此來模擬大爆炸後幾分鐘的環境。王連濤預測在相撞的兩方粒子之中,有一些可能與暗世界的粒子相關,並在撞擊後衰變得更加緩慢,在維持一納秒後消失。
粒子對撞概念圖
論文的另一位作者劉震表示:“直接探測暗物質肯定是一項艱鉅的工作,但是探測衰變過程中的暗粒子會容易的多,它好比是瞭解暗世界的探針。”
王連濤表示:“我們仍需要做大量的研究。我們利用大型強子對撞機只關注與我們想要了解的東西,這導致我們會忽略其它大量信息。”哪怕是在現在已有的大型強子對撞機的數據庫裏,人們仍然能夠從過去的一些可疑撞擊中,每年提取出1000TB以上的新信息。這相當於是谷歌或facebook每年的數據量。
在使用對撞機時,科學家們必須告訴對撞機他們想要探測什麼。因此在收集數據的時候會忽略大量其它發生的事件。所以,如果科學家想要不漏過更多寶貴的信息,他們就必須重新審視大型強子對撞機對目標事件的定義。
幸運的是,王連濤團隊還有時間。2021年對撞機將重新投入使用,雖然能夠發現暗粒子的撞擊是偶然中的偶然,但他們可以在進行萬億次撞擊,説不定這其中的哪一次就會帶着一位暗世界的使者來到人們的面前。
嗯,從人眼觀察暗世界應該就長這樣
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