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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?(4)

2017-09-05 09:01:02      参与评论()人

如果暗物质粒子能够在太阳内部聚集,那么它们也有可能在日核处湮灭,产生高能中微子。日本的超级神冈中微子探测装置,以及南极的“冰立方”天文台都有能力观测到这样的中微子,但目前二者都尚未报告相关的事件。

超轻暗物质粒子的极端情况是一种被称为“轴子”的假想粒子。它与普通物质间有弱相互作用,质量不到质子的万亿分之一,但并非绝对地“暗”:轴子与普通物质也有电磁相互作用,在强磁场腔中会产生微波光子。自从20世纪80年代,就有实验装置开始探测轴子,但同WIMP探测器一样,几乎颗粒无收。

也许,暗物质粒子根本就不是粒子,而是一种“非粒子”(unparticle)。非粒子是由一位理论物理学家提出的概念,它与电磁场有一点亲缘关系,但不是一份份分立的能量。我们有可能在粒子对撞机的实验数据中找到非粒子存在的间接证据。还有一种可能,暗物质并不只有单一的组分,毕竟普通物质就包含多种不同的粒子。暗物质可能由几种不同的粒子组成,这会使得搜寻暗物质的工作更加困难,因为我们的探测目标更加不确定。最坏的可能性则是,除了万有引力以外,暗物质粒子根本不与普通物质发生相互作用。果真如此的话,实验物理学家恐怕是永无翻身之日了。

暗物质永不见天日?

换个角度讲,其实我们现在也恰恰是处在时代的转折点。所谓推陈出新,不破不立,我们或许应该尝试寻找某种全新的暗物质粒子,也可以尝试建立一种全新的引力理论,从而完全抛弃暗物质的概念。这样的机遇,正是多少科学家都梦寐以求的。

但是,大自然完全有可能把新物理藏到了人类触不可及的某个角落。在寻找WIMP方面,尽管人类还没有打光所有的子弹,但能够挽回败局的机会已经不多了。升级改造之后,新的探测器总是能够对WIMP更加敏感,但同时也对无关的噪声粒子更敏感,总有一天,我们将无法区分两者。如果人类始终不能探测到WIMP的话,按照目前的发展速度,10年之内,WIMP可能存在的参数区间就将逼近中微子,届时,我们的探测器根本无法将WIMP与太阳中微子、大气中微子这些背景噪声区分开来。