地球磁场是寻找暗物质的极限科学的十亿分之一

2022-02-14 10:49 来源：手游巴士作者：某年某月

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手游巴士（www.shouyoubus.com）2022年02月14日讯: 德国美因茨大学的科学家上月21日宣布，他们与韩国研究院等来自美国和中国等8个国家的研究团队共同完成了一项名为“光子磁力计”的陌生观测设备的试运行。基础科学（IBS ）。光磁计是一种最先进的设备，即使是非常微弱的磁场变化也可以检测到，这只是地球磁场的十亿分之一。这是来自不同国家的科学家首次共同操作光子磁力计。在“GNOME ”项目的名义下，这些科学家聚集在一起寻找人类尚未发现的“暗物质”。

宇宙中的所有物质中，只有5%是人类可见的，比如恒星和太阳、地球等行星，以及其他漂浮在太空中的天体和气体。已知剩余的95 % 充满了暗物质和暗能量。它被认为对宇宙的运作方式产生重大影响，但人类尚未弄清楚他们的身份。9日在大田的KAIST文支校区会面的IBS轴子与极端相互作用研究中心的博士研究员金东玉说： “这个项目是检测原子核和极端相互作用时的微小磁场变化的尝试。”暗物质的有力候选者轴子与光磁计相遇。”解释说。

暗物质存在于1930 年天文学家在 1980 年代开始在地表上发现它。当时的天文学家意识到，他们观察到的实际宇宙与他们之前认为的理论不同。基础科学研究所 ( IBS ) 轴子与极端相互作用研究中心主任 Giannis Semerchidis 说：“观测到的星系团旋转速度超过了理论计算的速度。我开始这样做了，”他解释道。

此后，观测到了引力透镜效应、星团碰撞等许多宇宙现象，引发了对未知物质的怀疑。天文学家开始称这种未知物质为“暗物质”。

确定暗物质身份的尝试始于1970 年代。方法是观察当它遇到光、中子、质子等人类可见物质时发生的变化。物质必然会相互作用，因此暗物质的身份是通过相互作用引起的周围环境的细微变化来确认的。

基于哈勃太空望远镜测量的弱引力透镜效应，它是对暗物质大尺度分布的三维重建。提供的维基媒体

作为暗物质的有力候选者，首先想到的是被称为“ WIMP ”的物质。WIMP 是指相互作用较弱的重粒子。WIMP 是1977 年由韩国物理学家 Hwiso Lee 博士和美国物理学家 Steven Weinberg 通过早期的宇宙学论文提出的。一种比氢重的粒子，在早期宇宙中速度较慢，因此很容易被增加的力凝聚，不会干扰其他物质的凝聚。

全世界大约有10 个研究小组正在继续进行检测 WIMP 的实验。位于瑞士日内瓦的欧洲粒子物理研究所 ( CERN ) 正在使用巨型强子加速器 ( LHC )测试粒子强烈碰撞时是否会形成 WIMP 。

在韩国，IBS地下实验研究中心正在地下探测 WIMP。它深入地下1100m，以防止宇宙辐射干扰WIMP的探测。研究小组正试图通过 WIMP 接触它们时发出的微观光来阐明碘化钠晶体的存在。虽然检测 WIMP 的尝试已经持续了

大约30年，但大约10年前已经开始讨论另一个有希望的候选者。这些是“ WISP ”，是比 WIMP 相对轻的材料。它是一种具有弱相互作用的轻粒子。其中，一种被称为“轴子”的物质，一种虚粒子，正在出现。

轴子于1977 年首次提出，以解决被称为“强CP问题”的粒子物理学之谜。之后，庆熙大学物理学讲座教授金金（时任首尔大学物理学和天文学教授）在1979年提出“如果轴子形成时”的理论，首次论证了“隐形轴子”的概念。在宇宙的早期，它的质量可能非常小” 。通过这个，轴子成为解释暗物质的候选者。

IBS轴子和极端相互作用研究中心正在使用超导谐振器（如图）来检测由轴子和光子之间的相互作用引起的信号。由研究员Yunchang Shin提供

检测轴子的另一种方法是检测它们与我们熟知的物质相互作用时发生的变化。因此，IBS轴子与极端相互作用研究中心和美国华盛顿大学正试图通过一种称为谐振器的设备来检测与光子（光）的相互作用。

谐振器是一种存储特定频率光子的装置。当一个光子遇到一个轴子时，它会发生非常微小的变化，当它与谐振器的频率相匹配时，就会放大一个微小的信号并可以被检测到。研究中心负责人 Semerchidis 解释说：“由于我们还不知道轴子的身份，我们正试图通过改变谐振器的频率来检测轴子，就像调整无线电频率一样。”

该研究中心正试图在1 到 8吉赫兹 ( GHz ) 的频率范围内检测轴子。为了检测轴子，必须将谐振器放置在能够产生强磁场的设备中。“我们的研究小组在”研究中心负责人 Semerchidis 说，2019 年

这种超导谐振器配有特殊的减振装置和低温冷却装置，因为它必须检测比手机可以检测到的信号仅小一毫米的微小信号。我们正在不断改进设备以进一步提高检测概率，去年3月，我们在发布先前论文的网站“存档”上发布了包含改进内容的论文。

轴子检测的另一种方法是 GNOME项目。韩国的研究人员与包括德国、美国、中国和澳大利亚在内的八个国家一起，正在检测轴子遇到中子或质子时发生的微小磁场变化。

研究员 Dong-ok Kim 说，“假设轴子形成一个二维的墙状形状，如果这面墙穿过地球，它可以与地球的物质相遇并引起轻微的磁场变化。做，”他解释。IBS

轴子与极端相互作用研究中心研究员 Shin Yoon-chang说：“我们在试点操作中找不到暗物质，但我们发现需要降低要观察的信号范围。