科学家提出暗物质探测的全新方案

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编辑：刘峰

编排：关关

后台：朱宸宇

https://www.sciencealert.com/scientists-reveal-an-ambitious-plan-to-detect-dark-matter-in-space

图：星系际空间中暗物质分布的模拟

暗物质探测是当今物理学和宇宙学中最具挑战性的课题之一。尽管主流科学界认为暗物质占据了宇宙总物质含量的约85%，但由于暗物质不与电磁力相互作用，因此探测难度极大。为了捕捉暗物质与普通物质之间可能存在的微弱相互作用，科学家们设计和建造了多种实验装置，其中包括中国的锦屏地下实验室和悟空号空间暗物质粒子探测卫星。但是截至目前，通过这些装置，科学家都还没有发现暗物质的确切信号。

图：中国锦屏地下实验室

在英国南安普敦大学（University of Southampton），物理学家正在测试一种新的暗物质探测装置，该装置通过在微重力下悬浮石墨片的方法，以寻找暗物质引起的微小引力异常。

南安普顿大学的物理学家蒂姆·福克斯说：“暗物质仍然是科学家们仍在试图回答的基本问题之一。暗物质决定了我们宇宙的结构，但目前仍然无法被探测。关于暗物质可能是什么，有很多理论，但地球上没有任何实验能够接近探测到它。”

当我们看向更广阔的宇宙时，我们可以看到的正常物质的数量和引力的大小之间存在很大差异。简单地说，引力的效应不能仅仅归因于正常的或称为重子的物质，这些物质构成了所有的恒星、行星和尘埃。

暗物质最直观的效应，包括星系外部的超出寻常的旋转速度，以及被巨大质量暗物质扭曲的时空的效应。我们知道那里存在着巨大的质量，但无法直接看到。根据对这些现象的测量，我们可以看出暗物质比正常物质重的比例约为6比1。

图：星系旋转速度曲线揭示了暗物质的存在

图：暗物质引起的引力透镜效应

现在我们还不知道暗物质是什么，因为我们无法直接检测到它。它不会发出任何光，也不会与我们能看到的宇宙发生互动，只有它的引力会产生影响。我们可能永远不知道它是什么，但科学家们会穷尽所有可能的方法的研究暗物质的本质。

这就是科学家福克斯和他的团队工作的用武之地，他们计划在一颗名为“乔维安-1”的卫星上搭载实验装置并发射到地球轨道上，卫星会在地球轨道运行两年时间。

“我们的实验与以前尝试过的任何事情都不同：我们把石墨悬浮在磁铁之间，这些磁铁在零重力下对小力非常敏感，”福克斯解释说。

“如果存在足够高密度的暗物质，暗物质将轻轻地将我们的悬浮粒子推向我们可以测量的量。这将是有史以来第一次检测到暗物质。”

“乔维安-1”有一个鞋盒大小，携带由英国南安普敦大学、朴茨茅斯大学和萨里大学的学生设计的几个实验装置。该团队计划在2026年初发射卫星，因此我们可能需要等待一段时间才能看到结果。

图：福克斯和实验装置

无论是否能够探测到，实验结果都可以告诉我们更多关于暗物质的信息。

福克斯说：“有些理论认为，实际上暗物质与正常物质的相互作用率可能非常高，以至于暗物质无法穿透我们的大气层或建造探测器的山脉。这也许可以解释为什么许多为探测暗物质而建造的主要地球实验都没有揭示任何明确的信号。”

“我们的任务是首次在太空中使用这种悬浮技术——我们希望它能证明我们可以探测到地球上空的暗物质。”

责任编辑：DAIKIN

牧夫新媒体编辑部

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Image Credit & Copyright: Harry Karamitsos

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