令人迷惑的暗物质信号持续存在20年

一群物理学家说,它仍在探测暗物质的存在,暗物质是被认为构成宇宙中物质的85%的神秘物质,它是在看到这种信号的最初提示后20年提出的。

由意大利和中国研究人员合作的DAMA,宣布了经过6年的数据采集,期待已久的结果,随后是2010年对该实验进行了升级。这一发现对试图重现DAMA结果的多个研究小组是一个推动,这是有争议的,并且与其他实验相矛盾。物理学家说,但是DAMA灵敏度的提高也使其结果难以解释。

对星系和宇宙原始辐射的观察表明,绝大多数物质是不可见的,几乎只能通过重力相互作用。存在许多理论来解释这种暗物质的性质,并且许多实验已经尝试通过与普通物质的微妙相互作用来检测它。

罗马大学Tor Vergata大学的物理学家丽塔·贝纳贝(Rita Bernabei)自成立以来就一直领导DAMA,他于3月26日在意大利中部格兰萨索国家实验室的一次会议上介绍了最新结果,该实验位于山下的一个洞穴中。她演讲的幻灯片可在线获得,伯纳贝告诉《自然》杂志,她的团队在对结果进行定稿时不会发表评论。

寻找暗物质的物理学家希望测量被认为包围银河系的“暗”物质中的粒子与地球上普通物质原子相互作用时释放出的少量能量。

DAMA的工作原理是记录亚原子粒子撞击到钠或碘原子核时碘化钠晶体内部发生的短暂闪光。由于杂散中子和其他本底放射性的碰撞,一些闪光会发生。但是来自银河系暗物质的信号会突出,因为它将显示为特征性的年度调制。

那是因为当太阳绕着银河移动时,光晕应该以逆风的形式撞击太阳系,从地球上看,随着地球绕太阳旋转,速度会略有不同。地球移动得越快,它进行的暗物质探测就越多,因此全年探测到的闪光次数会有所不同。密歇根大学安娜堡分校的理论天体物理学家凯瑟琳·弗里斯(Katherine Freese)说,这些信号应该在6月初达到峰值,并在12月初达到最低。他是1986年首次提出寻找这种波动的研究小组的成员之一。

怀疑的光环

但是当DAMA首次宣布看到这种波动时,在1997年进行了早期版本的实验后不久,物理学界对此表示怀疑。批评家怀疑这种影响是否是暗物质的真正标志。他们说,取而代之的是,设备中的地面信号源或怪异信号可能模仿的是真实信号。在检测器的部件更换为较新的技术之后,还有可能出现斑点消失的情况。但这没有发生。Freese说:“调制仍然在那里,响亮而清晰。”

到目前为止,尽管还采用了不同的技术,但许多也应看到暗物质的日益复杂的实验却没有发现。但是DAMA团队继续出现波动。该小组确认,它是在20132年从之前的化身DAMA / LIBRA阶段1的实验中看到的。最新的发现来自升级后的DAMA / LIBRA第2阶段,与此同时,其他实验正在首次尝试使用与DAMA中相同类型的碘化钠晶体来证实或反对这一主张。

领先的是COSINE-100,这是美国和韩国在韩国阳阳地下实验室进行的实验。大田基础科学研究所的物理学家李贤su说,如果DAMA信号在新数据中消失了,那将削弱进行进一步碘化钠实验的动力。

西班牙萨拉戈萨大学的物理学家Susana Cebrian说:“或者我们,这些结果非常令人鼓舞。”他在比利牛斯山脉的坎弗朗克地下实验室进行了另一项名为ANAIS的复制尝试。

意外的偏差

但是DAMA的最新结果有所不同。升级使它对运动较慢的粒子产生的能量较低的碰撞信号敏感。对于典型的暗物质模型,从地球上看,波动的时间应在某些能量以下反转:Freese说:“应该在12月达到顶峰,6月达到最低。”最新的结果没有显示出来。

偏差令人耳目一新,值得深思。伊利诺伊州芝加哥大学的实验物理学家胡安·科拉尔(Juan Collar)说,他从事暗物质探测工作。他补充说:“佛得角建筑工人将与之息息相关。”“可能指向世俗的起源,或邪恶复杂的暗物质解释。”

但是许多物理学家仍然表示怀疑。3月26日,伊利诺伊州巴达维亚费米国家加速器实验室的物理学家丹·胡珀(Dan Hooper)在推特上说:“是一个非常有创造力的暗物质模型构建者(如果我自己这么说的话),我无法提出一种可以产生此信号的可行模型。”?/ p>

Freese是DAMA合作的一部分,他更加乐观。她说,低能量的数据仍然是暂时的,并且可能与翻转兼容。

“这比以往任何时候都紧迫,因为基于相同技术的独立实验(如ANAIS)可以重现这种效果,”塞布里安说。她说,她的团队将在八月份结束第一年的数据采集工作,并力争在年底之前发布结果。

届时,COSINE-100将积累两年的数据,并打算发布其首个结果。计划在澳大利亚和日本进行其他实验;德岛大学领导这项研究的伏见健一说,日本研究人员希望在神冈地下天文台上安装PICO-LON探测器,该探测器的目的是对那些传说中的低能事件特别敏感。

尽管DAMA的最新升级消除了一些潜在的担忧,即这种影响可能是在检测器内部产生的,但Collar说:“然而,为什么其结果与该领域的其他所有发现都不相容,仍然是一个谜。” >

自然556,13-14(2018)

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