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即使投入数百亿美元建新的对撞机,也可能永远找不到暗物质?

2017-09-05 09:01:02      参与评论()人

科学家早已确信,暗物质不是我们所熟知的任何一种普通物体或粒子。目前,理论研究倾向于认为暗物质由一种新粒子构成,这种粒子与普通粒子之间存在弱相互作用。大量暗物质粒子会在宇宙空间中穿行,甚至能够穿透地球,因此我们有理由相信,总有一些暗物质粒子会在我们身边留下踪迹。物理学家将晶体放置在低温探测器中,深埋于地下以便屏蔽掉普通粒子带来的噪声,静静等待探测器中的能量和闪光信号。这些信号将会暴露那些神秘的未知粒子的行踪,然而截至目前,研究人员仍然一无所获。在美国南达科他州利德市,大型地下氙探测器(Large Underground Xenon experiment, LUX)位于地下1.6千米深的一座废弃金矿中,该装置目前尚未得到任何探测结果。中国锦屏地下实验室的“熊猫计划”(PandaX)位于2.4千米厚的岩石之下,它也尚未探测到暗物质。在法国阿尔卑斯山下的弗雷瑞斯公路隧道中,EDELWEISS暗物质探测装置位于地下1.7千米深处,同样没有任何结果。世界上还有其他一些暗物质探测实验,均毫无收获。

各项实验都没有得到结果,这使得暗物质所能够存在的参数区间越来越小。面对实验结果的荒原,理论物理学家假想了一些性质更加奇特的粒子,但这些粒子大部分都更难探测。在实验上,我们还可以尝试用粒子对撞机来制造暗物质,通过探测粒子的总能量是否呈现表观上的减少,来判断碰撞中是否有暗物质产生。欧洲核子中心的大型强子对撞机做了这项实验,但尚未发现暗物质的踪迹。一些理论物理学家怀疑,也许暗物质根本就不存在,而是目前的引力理论,即爱因斯坦的广义相对论,误导了我们。根据广义相对论,如果星系中仅仅包含可见的普通物质,那么其所产生的万有引力将不足以维持星系的形态,星系中的物质会飞散到宇宙空间中去。诚然,广义相对论可能有漏洞,但目前为止,它经受了所有的实验检验,而能够挑战广义相对论的理论则总是看上去包含有致命的缺陷。

目前,宇宙中85%的物质仍是人类未知的。更可怕的是,我们或许永远都解不开这个谜题。

争议结果

尽管大多数暗物质探测装置都没有得到任何结果,但有两个实验却声称发现了暗物质。这两个与众不同的实验结果均有争议,很有可能是错的,但也值得我们仔细审视。

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