旨在搜索暗物质的意大利XENON1T实验,可能直接探测到暗能量

去年,位于意大利的XENON1T暗物质实验探测到异常的信号过量事件,当时科学家不管配对什么类型的暗物质都无法与数据结果对上。现在剑桥大学的新模型指出,也许当时探测到的不是暗物质,而是更加神秘的暗能量。

XENON1T是一个旨在探测暗物质粒子的实验,由意大利格兰萨索山脉底下1,400米深处的格兰萨索国家实验室进行,通过一桶1,300公斤的超纯液态氙,寻找理论中大质量弱相互作用粒子(WIMP)与物质作用时引起的闪光和电离的自由电子。

然而去年,物理学家报告XENON1T实验产生奇怪的信号,嫌疑人不定,现在英国剑桥大学团队提出了一个当时没考虑过的答案:XENON1T没发现暗物质,却可能发现了暗能量,这是一种加速宇宙膨胀的神秘力量。

我们在天空、日常生活中看到的一切万物,从月亮到巨大的星系、从蚂蚁到蓝鲸——构成这些物体的一般物质只占整个宇宙不到5%,而主导着宇宙结构、将星系无形相连的暗物质数量为常规物质5倍,导致宇宙加速膨胀的暗能量则占据了68.3%。只不过暗物质与暗能量皆难以捉摸,前者似乎仅通过与恒星、星系、星系团等大质量物体的引力作用才曝光于世人眼中。

为了追查暗物质下落,科学家们进行了不少直接探测实验(又分为低温探测器与惰性液体探测),这些设备一般都这设置于地底深处以避免宇宙射线噪声干扰,其中利用惰性液体探测的实验包括ZEPLIN、XENON、DEAP、ArDM、WARP、LUX等。

XENON1T实验于2016年至2018年间展开搜索,并在2020年报告发现令人惊讶的信号过量事件,当时推测很可能是轴子(axion),然而如果真是轴子,XENON1T收集到的轴子数量会大幅改变那些比太阳重的恒星演化过程,与我们过去观察到的情况相矛盾。

现在,剑桥大学团队创建一个新物理模型解释数据,认为这些信号实际上可归因于暗能量,而不是实验最初设计用来检测的暗物质。

虽然结果尚未得到确认,但如果XENON1T真的看到了暗能量,未来升级后的实验将能再次看到类似的过剩事件,且信号会强得多。新论文发布在《物理评论D刊》(Physical Review D)。

(首图来源:剑桥大学)

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