暗物质有多“暗”?《自然》发表上海交大牵头的这项实验成果(暗物质是鬼魂吗)

近日,上海交通大学牵头的PandaX合作组在深度分析新一代PandaX-4T液氙探测实验数据后,对暗物质可能具有的电磁性质给出了国际最好的测量结果。该成果以“从氙反冲数据得出的暗物质的亮度极限”(Limits on the luminance of dark matter from xenon recoil data)为题,5月17日在《自然》期刊上在线发表。

宇宙中构成已知物质的基本粒子都具有电磁性质,通过光子传递相互作用。因此,这些物质都具有“亮度”(luminance),即使是电中性的粒子也不例外。比如,中子不带电,但是由于它是由带电的夸克复合而成的,所以仍然有着很强的残余“亮度”。即便是中微子这样的电中性基本粒子,也会由于高阶量子修正等效地产生极其微小电磁分布,譬如径向电荷分布、线性电荷分布、环电流分布、涡环电流分布等,分别对应电荷均方半径(mean-square charge radius)、电偶极矩(electric dipole)、磁偶极矩(magnetic dipole)、无辐射零极矩(anapole)等,导致非零的“亮度”。那宇宙中是否存在没有“亮度”的物质粒子?

大量的天文和宇宙学观测通过引力效应确认,宇宙中还存在比已知物质多5倍多的神秘物质。这些物质呈电中性,还未被人类用电磁手段“看”到,因此被称为“暗物质”。然而暗物质粒子是否存在“亮度”,一直是全世界科学家试图回答的基本问题。

2009年起,PandaX合作组利用锦屏地下实验室极低辐射本底环境,研制了三代液氙探测器(PandaX-I、PandaX-II、PandaX-4T),并开展了一系列针对暗物质和中微子的实验研究。宇宙中的暗物质可以穿透地球到达地下实验室,如果暗物质和普通物质间有相互作用,会同探测器中的氙原子碰撞并产生反冲信号,在探测器中以氙原子闪光(S1)和电离(S2)的形式表现出来。

(0)
上一篇 2023年05月26日
下一篇 2023年05月26日

相关推荐