理论家开发新算法帮助搜索暗物质

作者:佴等

<p>左图:空气分子以各种速度旋转,有些非常快,当它们与重元素和轻元素碰撞时 - 例如,氙(紫色)和硅(橙色) - 这些快速移动的粒子具有足够的动量来影响两个原子核右图:暗物质粒子移动得更慢,不太能影响重氙核因此,用硅等较轻材料制成的探测器可以证明在拾取暗物质信号方面更有效信用:Greg Stewart / SLAC国家加速器实验室Kavli粒子天体物理和宇宙学研究所的理论物理学家详细介绍了暗物质粒子如何表现的新数学描述,这可能有助于缩小对它们的搜索范围</p><p>现在它看起来像是对希格斯玻色子的追捕已经结束,暗物质的粒子是物理学“最想要的”列表的顶部数十个实验一直在寻找它们,但经常提出矛盾结果来自Kavli粒子天体物理学和宇宙学研究所(KIPAC)的理论家,他们认为他们已经提出了一种算法 - 一种关于单个粒子如何表现的数学描述 - 这可能有助于缩小对这些粒子的搜索范围</p><p>宇宙物理学杂志发表的一篇论文的主要作者毛尧元表示他们的新搜索工具假设是假设的,他们被认为构成了宇宙中物质和能量的25%以上的难以捉摸的粒子</p><p>当你不知道在哪里看时,一个很好的起点一个关于暗物质的流行假设是它由WIMP组成,弱相互作用的大质量粒子WIMP中的“M”表示重力能够将这些粒子放在周围; “P”和“I”暗示为什么它们如此难以检测否则大多数暗物质探测器都是基于这样的假设:每隔一段时间,WIMP就必须进入可见物质原子的原子核,使核心振动并释放信号可以检测到这种中断但是这种中断是什么样的以及它发生的频率取决于更多的假设暗物质粒子有多重</p><p>移动速度有多快</p><p>毛泽东说,另一个涉及这些问题的常见假设是,WIMP的集合表现为一种理想的气体,一组聚集在一起并偶尔相互反弹的粒子有时幸运的反弹会给粒子带来更多能量,让它变焦以更快的速度关闭粒子吸收更多能量和更快速度的频率取决于你多少加热或加压但是,据科学家所知,加热并加压不会影响WIMP只有引力“理想气体定律没有描述像暗物质粒子一样的粒子系统,它们似乎没有相互传递能量,”毛说这种不正确的描述会扭曲精心打造的图像,对WIMP的搜索是基于的,特别是,它意味着它们的速度的预测可以大量消失,但是速度会影响探测器将看到的毛和他的同事使用模拟来证明我们希望能够快速了解​​WIMP的移动速度,以便快速移动WIMP以达到逃逸速度并留下银河系周围的暗物质晕,使其完全摆脱狩猎WIMP数量的减少会影响一次击中的频率探测器中原子的原子核剩余的WIMP必须比逃逸速度移动得更慢,这会影响它们能够击中的难度如果它们击中原子太大的探测器,WIMP会在没有迹象的情况下反弹,就像鹅卵石散落一样一块巨石所以诀窍就是用一种与粒子预期质量和速度很好匹配的材料建造一个探测器正如该论文的另一位作者理论家路易斯·斯特里加里所说:“WIMP越重,你就越能检测出碰撞“但人们越来越怀疑WIMP可能比以前认为的轻10倍”如果WIMP确实具有这么低的质量,“Strigari说,”用于描述他们行为的模型ld对实验结果有显着影响“事实上,SLAC和斯坦福大学教授毛泽东,斯特里加里和里萨韦克斯勒现在正在忙着根据他们的新描述解释实验结果,他们认为这解释了XENON100等实验所获得的一些相互矛盾的结果</p><p>使用相当重的元素氙作为暗物质的材料进入)和低温暗物质搜索II,或CDMS II(其读数由更轻的元素硅制成的探测器)KIPAC成员Blas Cabrera是斯坦福物理学教授,作为CDMS II的领导者,来自实验方面的暗物质猎人他说理论家做出了重要贡献“它真正强调的是,对于轻质WIMP,不同类型的探测器会有不同的反应,”他“我实际上希望我们可以让实验社区使用他们的模型,”卡布雷拉补充说“让每个人都同意使用相同的参数非常重要,所以我们合作将苹果与苹果相比,而不是将苹果变为橙子“出版物:Yao-Yuan Mao,等,”Halo-to-Halo相似性和暗物质速度分布的分散“,2013,ApJ,764,35; doi:101088 / 0004-637X / 764/1/35 PDF研究复制:暗物质的速度分布中的光晕与光晕的相似性和分散来源:Lori Ann White,SLAC国家加速器实验室图片:....