暗物质已被发现？科学家质疑dama实验结果

根据国外媒体的报道，暗物质是宇宙中一种不可见的粒子，物理学家推测它存在，它的引力影响着它周围的一切。20年来，一项名为dama的意大利实验一再声称发现了一种可能来自暗物质的调制信号。然而，从未参与实验的研究人员也提出了反对使用暗物质作为信号来源的严肃论点。

作为发现暗物质粒子时间最长、规模最大的实验之一，达马声称观察到了暗物质的存在。该实验声称捕捉到了虚拟粒子和普通粒子之间相互作用的证据。然而，如果可见世界和不可见世界之间的这些差异确实产生了达马的实验数据，那么目前正在进行的其他几项实验也应该能够探测到暗物质。但还没有。

上个月晚些时候，罗马Tor Vergata大学的Rita Bernabei，一位dama实验领导者，展示了近六年的实验结果。她报告说，来自dama实验的信号看起来和以前一样强。然而，从未参与实验的研究人员也提出了反对使用暗物质作为信号来源的严肃论点。

达马实验寻找的暗物质被称为弱相互作用粒子团。在实验中，科学家们监测了一系列放置在亚平宁山脉格兰瑟索山深处的碘化钠晶体，寻找可能由暗物质粒子和晶体中的原子核碰撞引起的辐射闪烁。密歇根大学的物理学家凯瑟琳·弗里斯解释说，当太阳系在银河系中运行时，“似乎大量弱相互作用的粒子会像一阵风一样向我们扑来。”她在1986年提出了一个基于这一想法的实验，“就像你开车时雨水会打在挡风玻璃上一样。”

与这一假设一致，科学家们发现晶体中原子核的活动在一年的不同时间是不同的。这个信号总是在六月达到峰值，那时地球正以最快的速度穿过黑暗、布满灰尘的星系。12月，当地球进入其轨道的近日点时，与整个太阳系围绕银河系的运动方向相反，相对于暗物质的速度将会减慢。

最新的实验名为dama/libra-phase 2，始于2011年。在获得六个地球轨道的数据后，研究小组报告说，他们继续发现一致的季节信号。正如贝指出的，“年度调制信号和接收程序确保了对大量可能的暗物质候选者的敏感性。”

外部专家有其他意见。在4月4日发表在物理预印本网站ArXiv.org上的一篇论文中，三位物理学家说标准的弱质暗物质不能产生新的dama信号。“每个人都想要的标准弱质暗物质已经消失了，”弗里斯指出。她与北佛罗里达大学的学生塞巴斯蒂安·鲍姆和克里斯·凯尔索·凯尔索共同撰写了这篇新论文。

Frith和她的同事关注dama数据的一个新特性。作为dama/libra-phase 2升级的一部分，Gran Sasso团队更换了硬件，使其探测器对碘化钠晶体中的低能激发更加敏感。贝报告说，在低能激发的核反冲装置中出现的年度调制信号与高能反冲信号大致相似。

弗里斯和他的合著者写道，但是如果标准的弱作用暗物质真的是年度调制信号的来源，那么相对于高能反冲，低能反冲应该改变。他们发现，从6月到12月，核活动发生了更大的变化。换句话说，与高能态相比，低能态的信号幅度取决于暗物质粒子是轻还是重。如果弱作用粒子较轻，在低能态下，与较轻的钠原子的碰撞频率要比较重的碘原子高得多。一般来说，从dama实验获得的信号应该是最强的，因为它所需的能量是最低的。或者，另一方面，较重的弱粒子几乎只与低能态的碘原子相互作用，很少与钠原子相互作用。在这种情况下，低能量状态下dama获得的信号将变弱。

伦敦大学国王学院的理论物理学家乔纳森·戴维斯说，“相反，在dama/libra第二阶段的数据中看不到这种变化，这很难用暗物质来解释。”

弗里斯在论文中指出，在存在旋转的情况下，弱相互作用仍然产生观察到的年度调制:这种暗物质粒子比中子更喜欢质子，这导致它与钠而不是碘(后者有更多的中子)相互作用。然而，一些物理学家表示，这种特殊的“异质结破坏”特性可能会影响其他暗物质实验的结果，例如XENON1T，它也是一种位于格兰萨索山下的液态氙探测器，重3.2吨，但没有发现类似的效果。

然而，像XENON1T这样的暗物质探测器的沉寂让许多专家对dama实验失去了希望。这些在不同类型的材料中发现核活动的实验已经发布了一系列无效的结果，排除了大量与dama实验信号有关的弱作用粒子。

然而，一些人以前认为暗物质可能对碘化钠有无法解释的亲和力。但4月4日的分析改变了这一点。“他们在这篇论文中做得很好的是...你可以用它来排除dama，而不是其他实验，”苏黎世大学的物理学家劳拉·鲍迪斯说，她是XENON1T实验小组的成员。

虽然用暗物质来解释实验信号很困难，但用任何其他方式理解它也同样困难。几十年来，专家们一直在思考其他更长期的解释。芝加哥大学的物理学家胡安·科纳特领导的暗物质实验指出:“许多解释在提出后就被推翻了。目前，我个人无法提出合理的解释。”

戴维斯在2014年的《物理评论快报》上认为，年度调制来自于7月份暗物质粒子对地球的强烈轰击和1月份太阳中微子的峰值效应。但是其他物理学家很快发现后者的季节性效应太小，无法产生他认为的信号。加州大学伯克利分校的物理学家丹尼尔·麦肯锡(Daniel McKinsey)在一篇耸人听闻的新论文中认为，dama实验产生的信号可能来自氩污染。一些氩放射性同位素的衰减或多或少有季节性因素。然而，这种解释只在实验中dama使用含未知气体的氩气时有效。

许多研究人员表示，贝南克和达马团队缺乏透明度，减缓了他们对事实的理解。例如，Frith和她的合作者的分析的一个局限性是dama没有公布背景效应在较低能量下是否会被放大或缩小的信息，这使得外部研究人员相信这些效应已经被纠正。

戴维斯说:“我确信，如果他们向行业完全开放信息，比如共享他们的数据，我们将理解年度调整的根本原因。”。然而，dama的科学家们只提交了他们最终的数据图，并且坚信他们发现的信号是暗物质的证据，他们对任何不同意的人都采取了“积极的态度”，他说。

其他组织的实验必须继续。在接下来的几年里，三个新的碘化钠晶体实验将开始产生结果:anais，CONSINE-100和sabre。特别是在sabre实验中，相关物质分别被放置在澳大利亚和澳大利亚的萨索山地下实验室中。Sabre将通过在北半球和南半球交替夏季和冬季来消除季节性影响。

科勒说:“只要物理学仍然是一门实验科学，提高知识的唯一方法就是改进测试方法。”。补充实验要么看不到调制，在这种情况下，“我们将不得不翻开新的一页，找出dama的错误异常，”他说。或者他们会看到类似的东西，在这种情况下，“我们必须研究暗物质模型，这也解释了其他探测器材料的零观测结果。”

“经验告诉我们，这可能不是暗物质，”纽约大学理论物理学家尼尔·韦纳说。“但我确信这是一件有趣的事情。”

弗里斯说，最终新的数据发布和她的团队分析不会改变整体情况。她说:“你仍然需要使用同样的材料来制造探测器，但是不同的人会在不同的地方做同样的事情...“找出发生了什么事，”她说，“因为没有人理解达马的实验。”