科学家认为暗物质实验发出的信号可能预示着新的物理学原理

来源:西贝网
一项旨在追寻永远难以捉摸的暗物质的实验传回了一些奇怪而又令人兴奋的信号。异常现象可能不是暗物质本身,但可能是一个迹象,表明科学家正在寻找它的正确轨道上。科学家对这些信号提出了三种可能的解释中,一种是不必要的干扰,而另外两种则会预示着新的物理学原理。

  据外媒报道,一项旨在追寻永远难以捉摸的暗物质的实验传回了一些奇怪而又令人兴奋的信号。异常现象可能不是暗物质本身,但可能是一个迹象,表明科学家正在寻找它的正确轨道上。科学家对这些信号提出了三种可能的解释中,一种是不必要的干扰,而另外两种则会预示着新的物理学原理。


  XENON1T实验旨在寻找暗物质的粒子,这种神秘的物质被认为比常规物质多五倍。既然暗物质应该无处不在,那么XENON1T就会留意其粒子与常规物质相互作用的罕见情况。为此,它盯着一个装满几吨液态氙的巨大罐子。当外界一些粒子条纹穿过罐体时,会激发氙原子,产生闪光和自由电子,XENON1T可以检测到。

  不过不仅仅是暗物质能做到这一点,已知的粒子也能触发类似的信号。为了过滤掉这些,科学团队计算出预计会有多少背景事件,然后检查是否有比这更多的信号。果然,现在团队报告的事件 "出奇的多"。预期的背景是这一时期的232个事件,但在此基础上又发现了53个事件。这是一个巨大的数字,说明肯定有蹊跷。但是,这到底是什么呢?

  研究人员表示,有三种可能的解释。第一种说法是,这可能只是一个未被识别的背景干扰源。该信号与罐中的氚杂质一致,只需要10个七亿氙原子中的几个氚原子,就能产生所见的过量信号。令人沮丧的是,没有任何仪器能敏感地检测到罐中如此微小的氚含量,所以不能排除这种可能性。


  此外该团队表示,最适合数据的是一种被称为轴子的假想基本粒子,特别是由太阳产生的粒子。这些粒子在20世纪70年代首次被提出来解决所谓的“强CP破坏”问题。后来人们认定,如果它们有一定的质量,几十亿年前产生的轴子就可以解释我们归于暗物质的怪异。

  虽然这些特定的太阳轴子不会是暗物质的候选者,但如果得到证实,这仍将标志着首次发现任何一种轴子。这本身就是一个巨大的发现,可以说明其他类型的轴子比其他假想粒子更可能是暗物质。

  第三种解释是,这些信号来自于此前未知的中微子特性。这些超轻基本粒子无处不在,很少与其他物质发生相互作用,但偶尔也会发生。如果它们在这个实验中与氙子相互作用,信号表明它们的磁矩比粒子物理学标准模型描述的要大。这本身就需要新的物理学来解释。

  该团队表示,在可能性方面,太阳轴子是领跑者。这个假设的统计学意义为3.5 sigma,也就是说,观察结果有万分之二的概率是随机的。高到这个程度,科学家们通常需要5位数的意义才能 "确定"。其他两个假设被认为可能性稍小,其显著性均为3.2 sigma。

  究竟在那个地下大罐中观察到了什么,目前还是一个谜,但实验的升级版可能会有答案。下一阶段被称为XENONnT,其活跃的氙气质量将是前一版本的三倍,背景噪音应该更小。

  该研究预印本目前已在ArXiv上公布。

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