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试图捕捉暗物质的物理学家

科普小知识2022-07-12 08:34:07
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宇宙是由什么组成的?

这个问题几千年来一直困扰着科学家和哲学家。近几十年来,这变得更加令人不安,因为物理学家确信,构成宇宙的大多数物质既看不见也摸不着。

至少我们还没有触及它的影子。

理查德·盖茨凯尔希望改变这种状况。他是美国布朗大学的物理学家,希望成为描述神秘暗物质团队的第一人。

如果科学家看不到、摸不到或测量不到暗物质,他们为什么如此肯定它的存在?一个原因是华盛顿卡耐基研究所的天文学家薇拉·鲁宾在20世纪70年代所做的工作。她测量了星系的旋转速度。

盖茨凯尔解释道:“如果你观察一个典型的星系,并计算出该星系中的所有恒星,你会发现该星系旋转得太快,无法仅仅依靠这些恒星的质量将它们聚集在一起。”

如果银河系中没有任何东西支持这些恒星,那么它们就会飞出去。

盖茨凯尔说,如果你计算出将一个星系聚集在一起所需的重力,你会发现该星系中90%的物质一定是其他暗物质,而我们的望远镜无法观察到它们的存在。

一旦科学家确信暗物质确实存在,他们就会意识到它不应该是常规的东西,比如星际尘埃云。

他们开始使用大型粒子加速器和灵敏的探测器来寻找一些外国产品,但什么也没找到。

盖茨凯尔说,大多数科学家现在认为暗物质很难被探测到,因为它不会与其他东西相互作用,尽管我们周围一直有大量的暗物质。

盖茨凯尔说:“每秒钟可能有1亿个暗物质穿过你的手掌。”暗物质不会留下任何痕迹。即使你伸出你的手100年,也不会有暗物质与你的手相互作用。

理论上,在某一点上,暗物质粒子会与某些东西相互作用,盖茨凯尔的工作是建造一个足够灵敏的设备来探测这种信号。

世界上许多科学家团队正在尝试做这样的事情。Gaitskell LUX(大型地下氙,大型地下氙实验)领导的团队只是其中之一。要寻找暗物质,你需要一个安静的环境。宇宙射线和其他形式的射线会带来干扰信号。位于地下的液态氙可以提供这样的环境。

盖茨凯尔的团队在南达科他州黑山的一个废弃金矿下一英里处建立了一个815磅重的氙罐,并配备了探测器。LUX的团队计划在未来10年制造另一个更大的探测器,其液态氙含量比当前水平高20倍。

到目前为止,世界上没有一个团队发现任何有价值的东西。

我问盖茨凯尔是否有什么事会让他不高兴。他不想做更有可能成功的事吗?

不,他说。在他看来,即使成功的可能性很小,他也不愿意放弃这个可能改变我们对宇宙学和基本粒子物理学理解的好机会。

你不能阻止别人去尝试。