发明捕获暗物质粒子的方法？

博科园 2019-04-19

发明捕获暗物质粒子的方法？

现在已经确定了希格斯玻色子，大型强子对撞机的科学家们已经把目光投向了一个更加难以捉摸的目标。我们周围到处都是暗物质和暗能量：一种将星系“捆绑”在一起的无形物质，但没有人能够直接探测到。

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芝加哥大学(University of Chicago)物理学教授王连涛(音译)研究如何在大型粒子加速器(如大型强子对撞机)中找到信号。王连涛教授以及来自芝加哥大学和隶属于芝加哥大学的费米实验室科学家们，认为他们可能能够带领我们找到踪迹。

发表在《物理评论快报》上的一篇论文中，他们提出了一种利用潜在粒子略慢的速度跟踪大型强子对撞机暗物质的创新方法。虽然暗物质和暗能量占了宇宙的95%以上，但科学家们只从它的影响中知道它存在——就像一个爱捣乱的人，你只能看到它把架子上的东西推开。例如，我们知道暗物质的存在，因为我们可以看到重力作用在暗物质上，这有助于束缚星系飞离。理论学家认为有一种特殊的暗粒子只偶尔与正常物质发生相互作用，比其他已知粒子更重，寿命更长，寿命可达0.1秒。

研究人员相信，这种粒子在10年内会有几次被大型强子对撞机不断制造和测量的质子碰撞所捕获。一个特别有趣的可能性是，这些长寿的暗粒子以某种方式与希格斯玻色子耦合，希格斯粒子实际上有可能衰变为这些长寿粒子。唯一的问题是把这些事件从其他事件中分离出来；在27公里的大型强子对撞机中，每秒有超过10亿次碰撞，每一次都向四面八方发射亚原子箔条。王连涛教授、芝加哥大学博士后研究员刘佳和费米实验室的科学家刘震(现就职于马里兰大学)提出了一种新方法来探索这种暗粒子的一个特定方面。

如果它有那么重，它需要能量来产生，所以它的动量不会很大——它的移动速度会比光速慢。这个时间延迟会把它和其他正常粒子区分开来，科学家只需要调整系统来寻找产生的粒子，然后比其他物质衰变得慢一点。两者之间差别在十亿分之一秒或更小的纳米级，但是大型强子对撞机已经拥有足够精密的探测器来捕捉这种差异；新研究使用了上次运行中收集的数据，发现该方法应该可以工作，而且作为目前正在进行升级的一部分，探测器将变得更加灵敏。

预计这种方法将使我们对长寿命暗粒子的敏感度提高一个数量级以上，同时利用在大型强子对撞机上已经具备的能力。科学家们说，实验人员已经在努力构建这个陷阱：当大型强子对撞机度提高10倍之后，于2021年重新启动时，所有三个主要的探测器都将实施这个新系统，科学家认为它有很大的发现潜力。如果粒子在那里，就得想办法把它挖出来，通常，关键是找到要问的问题。