?

在過(guò)去的十六年間，位于意大利的DAMA/LIBRA實(shí)驗(yàn)組研究員們?cè)诎滴镔|(zhì)探測(cè)器上觀測(cè)到了一個(gè)仍有爭(zhēng)議性的年度震蕩。這種變化只有在銀河系完全被暗物質(zhì)之時(shí)出現(xiàn)。但除了美國(guó)的Co-GENT暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有任何其他的暗物質(zhì)研究見(jiàn)過(guò)相似的變化。一位英國(guó)杜倫大學(xué)的物理學(xué)家提出了另一個(gè)假設(shè)：這種調(diào)制來(lái)自于中子。這些中子被散射在巖石里，或DAMA/LIBRA的保護(hù)裝置中的渺子和中微子撞出原子。

? ? ? ?

? ? ?

DAMA/LIBRA實(shí)驗(yàn)位于中部意大利的大薩索山山腳。（圖片來(lái)自：LNGS）

?

普朗克任務(wù)最新的宇宙微波背景數(shù)據(jù)顯示宇宙是由26.8%暗物質(zhì)，68.3%暗能量和小于5%的“正?！笨梢?jiàn)物質(zhì)，例如星系和氣云。暗物質(zhì)與普通物質(zhì)之間有很弱的影響，以至于暗物質(zhì)非常難以被探測(cè)到。DAMA探測(cè)器，位于大薩索山國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的深層地下，在1998年第一次報(bào)告了暗物質(zhì)的蹤跡。而之后幾年的數(shù)據(jù)在統(tǒng)計(jì)學(xué)上一個(gè)9.3σ的顯著性水平——遠(yuǎn)高于代表物理發(fā)現(xiàn)的5σ——證明了這一推測(cè)

? ? ? ?

? ? ?

夏日高峰

這一項(xiàng)調(diào)制，在五月達(dá)到頂峰?？茖W(xué)家們認(rèn)為是在太陽(yáng)系傳過(guò)一片包含著銀河系的暗物質(zhì)時(shí)出現(xiàn)的。頂峰在北半球的夏日是由于地球公轉(zhuǎn)時(shí)的直線速度與太陽(yáng)系的運(yùn)動(dòng)在同一方向。這意味著DAMA在探測(cè)到的撞擊將在夏季達(dá)到頂峰，并在冬季下降。

為了解釋DAMA/LIBRA的信號(hào)變化，杜倫大學(xué)物理學(xué)家喬納森·戴維斯開(kāi)發(fā)出了一種不帶有暗物質(zhì)的物理模型。他展示了探測(cè)器中的散射中子如何能夠?qū)е逻@一年度信號(hào)的產(chǎn)生。在太陽(yáng)中微子和大氣層中的渺子在DAMA/LIBRA的保護(hù)層石質(zhì)外殼散射時(shí)，中子就會(huì)被釋放出來(lái)。

? ? ? ?

? ? ?

散射的信號(hào)

渺子來(lái)自于在大氣層中衰變的宇宙射線，產(chǎn)生的頻率在一年之間產(chǎn)生變化，在六月二十一日左右達(dá)到高峰。太陽(yáng)中微子的產(chǎn)生頻率也在一年之間變化，但在一月四日左右達(dá)到高峰。“兩者結(jié)合在一起，這意味著兩者分別產(chǎn)生中子的頻率也在一年之間變化，并在兩個(gè)高峰之間的某段時(shí)間達(dá)到高峰， 與DAMA/LIBRA所探測(cè)出的規(guī)律（在五月末達(dá)到高峰）吻合。”戴維斯如此解釋?zhuān)澳甓雀叻宓漠a(chǎn)生是由于渺子與中微子的干涉并不完美，所里兩者并不完全抵消。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)生產(chǎn)的信號(hào)在不同時(shí)間達(dá)到頂峰，疊加時(shí)會(huì)有一些抵消，但并不全部。”他說(shuō)，進(jìn)一步解釋在五月末達(dá)到高峰的是疊加之后的信號(hào)，就像DAMA數(shù)據(jù)所顯示的那樣。

? ? ? ?

? ? ?

渺子模仿

雖然渺子模仿DAMA的信號(hào)并不新鮮，渺子被隔絕的時(shí)間與DAMA的數(shù)據(jù)并不相符，導(dǎo)致這個(gè)假說(shuō)最終被拋棄。但戴維斯的模型用太陽(yáng)中微子解決了這個(gè)問(wèn)題。戴維斯對(duì)physicsworld.com 表示目前仍不確定實(shí)驗(yàn)周?chē)你U質(zhì)保護(hù)層在中子生產(chǎn)中起了多大的作用，但很有可能它發(fā)揮了顯著的貢獻(xiàn)。鉛尤其擅長(zhǎng)用渺子與中微子產(chǎn)生中子?！暗拇_，（鉛外殼的）橫截面——顯示著干擾的頻率——對(duì)于從中微子與渺子產(chǎn)生的中子數(shù)量很高。鉛外殼距離DAMA探測(cè)器距離很近?！彼f(shuō)。他還指出用這種方法生產(chǎn)出的中子的光譜通常在低能量區(qū)域達(dá)到頂峰，與暗物質(zhì)相似，以至于兩者的信號(hào)會(huì)被混淆。

? ? ? ?

? ? ?

戴維斯承認(rèn)，中微子——又被稱(chēng)為物質(zhì)中的鬼魂——以它穿過(guò)物質(zhì)時(shí)不與物質(zhì)發(fā)生相互影響而出名。但他稱(chēng)由于DAMA探測(cè)器對(duì)低能量反沖尤其敏感，它才會(huì)探測(cè)到這些中微子制造出的中子?！傲硗猓蟛糠制渌麑?shí)驗(yàn)，例如勒克斯-澤普林實(shí)驗(yàn)（譯者：LUX，Large Underground Xenon，其目的為直接探測(cè)到大質(zhì)量弱相互作用粒子)比DAMA有著更加先進(jìn)的防護(hù)，所以能夠阻止中子進(jìn)入探測(cè)器?！彼绱苏f(shuō)道。他另外指出，其他中微子實(shí)驗(yàn)也出現(xiàn)過(guò)他所考慮的變化——例如Borexino實(shí)驗(yàn)和超級(jí)神岡探測(cè)器，兩者都可以精確地檢測(cè)中微子所導(dǎo)致的變化?！暗沁@將把目光縮小在中微子散射，而不是有中微子制造的中子，但相位應(yīng)該依舊相同。”他說(shuō)。

? ? ? ?

? ? ?

其他實(shí)驗(yàn)？

當(dāng)說(shuō)到Co-GENT實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)初期也遇到了同樣類(lèi)型的變化，戴維斯十分感興趣?！袄碚撋险f(shuō)，兩者的模型應(yīng)該相同，但因?yàn)镃o-GENT與DAMA在不同的實(shí)驗(yàn)室之中，信號(hào)的相位將會(huì)有不同。Co-GENT遇到了不少關(guān)于表面活動(dòng)背景的問(wèn)題，所以我們還需要等待進(jìn)一步的接過(guò)，因?yàn)槟壳拔覀內(nèi)圆磺宄烤固綔y(cè)到了什么。”他謹(jǐn)慎地回答。其他暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)，他說(shuō)，沒(méi)有遇見(jiàn)過(guò)類(lèi)似的信號(hào)，很可能是由于閾值和防護(hù)措施。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)相比DAMA都應(yīng)用了更加有效的防護(hù)。

? ? ? ?

? ? ?

中子——DAMA信號(hào)的來(lái)源——不會(huì)被例如CDMS(Cryogenic Dark Matter Search), LUX(Large Underground Xenon)或者 XENON100（與DAMA坐落在同一實(shí)驗(yàn)室之中）的探測(cè)器探測(cè)到。DAMA在低能量反沖領(lǐng)域比其他實(shí)驗(yàn)更加敏感，所以更容易探測(cè)到渺子或中微子的信號(hào)。為了檢驗(yàn)戴維斯模型的精確性，DAMA/ILIBRA研究團(tuán)隊(duì)可以進(jìn)一步觀測(cè)這一信號(hào)的相位是如何在不同的能量，或事件。

? ? ? ?

? ? ?

根據(jù)戴維斯，以上曾被研究分析過(guò)，DAMA發(fā)現(xiàn)相位的確隨著能量的變化而變化——不符合暗物質(zhì)的行為，卻能被他的模型解釋清楚。加上DAMA將在未來(lái)幾年積累的數(shù)據(jù)，如果信號(hào)來(lái)自渺子（太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)）而不是暗物質(zhì)，那么研究者將能夠找到一個(gè)新的十一年周期的模。戴維斯說(shuō)道。

戴維斯另外強(qiáng)調(diào)了未來(lái)暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)的重要性，例如希望復(fù)制DAMA的DM-Ice，KIMS（韓國(guó)襄陽(yáng)），ANAIS（西班牙）。“我的模型給了研究員們可與暗物質(zhì)信號(hào)對(duì)比與測(cè)試的東西，”他說(shuō)，“這對(duì)DM-Ice尤其有趣，因?yàn)樗湓谀蠘O，所以渺子將會(huì)有反向相位?！?。

?

?

作者: Tushna Commissariat

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)于三十日以?xún)?nèi)聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處