引力波天文台或有助搜尋暗物質粒子

劉霞

2019年09月20日08:40  來源:科技日報
 

科學家已有確鑿証據証明暗物質的確存在,但它是“何方神聖”一直是未解之謎。有理論認為,暗物質可能是一種名為軸子的粒子,對現有的引力波天文台進行簡單改造,或許就可以發現這些粒子的“芳蹤”。

據物理學家組織網18日報道,暗物質通過它對大型天體的影響而彰顯其存在。觀測結果表明,普通物質僅佔宇宙總能量的5%左右,而暗物質佔宇宙總能量的22%左右。盡管如此,暗物質的“廬山真面目”一直未被揭示。

有些理論稱,暗物質是一種弱相互作用大質量粒子(WIMP),但盡管科學家付出諸多努力,包括動用大型強子對撞機(LHC),WIMP仍“芳蹤難覓”。

因此,科學家將目光投向了軸子。日本東京大學物理系助理教授道村祐太說:“我們假設軸子非常輕,幾乎不與我們熟悉的物質相互作用,它被認為是很好的暗物質候選粒子,而且,其質量或許小於電子。”

東京大學宇宙射線研究所的研究生長野寇吉解釋說:“我們的模型表明,軸子暗物質可以調節光的偏振——電磁波振蕩的方向。如果光在由兩個彼此獨立的平行鏡組成的光學腔中來回多次反射,這種偏振調制會得到增強,而這類空腔最著名的例子是引力波天文台的長隧道臂。”

研究人員稱,鑒於其他觀測軸子的理論方法需要用到極強的磁場,而這是一筆不菲的開支。因此,可對現有引力波天文台,比如美國的激光干涉引力波天文台(LIGO)以及日本的神岡引力波探測設施(KAGRA)進行改造,在不損害其現有功能的情況下,讓其“一物兩用”,搜尋軸子。

道村祐太說:“我們可以在引力波探測器的光電二極管傳感器前增加一些偏振光學元件來尋找軸子,接下來,我希望可以把光學元件用於KAGRA上,看看究竟會發生什麼。”

當然,研究人員也強調,對引力波設備的這種升級不會降低它們的靈敏度,也不會影響其實現終極使命——探尋到引力波。

(責編:趙春曉、喬雪峰)

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