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XENON1T暗物质实验发现神秘信号:太阳轴子或存在

XENON1T暗物质实验发现神秘信号:太阳轴子或存在

XENON1T暗物质实验发现神秘信号:太阳轴子或存在

(神秘的地球uux.cn报道)据新浪科技:科学家在一项寻找暗物质的极其敏感实验中,发现一个神秘信号!经过一年多的努力,科学家认为他们可能获得一些新发现。目前,参与XENON1T暗物质实验的科学家报道了探测介质与电子相互作用的粒子数据的搜索结果,他们发现了大量证据,证实与探测器相互作用的粒子产生的信号远强于粒子物理学标准模型的预测结果。

他们还不知道是什么因素产生该信号,推测可能源自一个罕见事件,或者它可能是证实其他未知物理现象的有力证据。

苏黎世大学粒子天体物理学家劳拉·保迪斯(Laura Baudis)说:“我们绞尽脑汁想知道它可能是什么?为了完成这项研究,苏黎世大学研究员米歇尔·加洛韦(Michelle Galloway)、芝加哥大学研究生埃文·肖克利(Evan Shockley)和加州大学圣地亚哥分校学生叶靖强(音译)一起这项分析任务,经常工作到深夜。”

XENON1T是一项包含3.2吨氙元素的实验,仪器设备被深埋在意大利国家核物理研究所大萨索信息实验室,收集了2016-2018年间的数据,该实验等待几乎不与物质发生作用的粒子对氙核或其电子产生轻微撞击,释放出能被实验室墙壁上的传感器探测到的微小闪光。氙实验科学家希望揭晓暗物质的真实身份,这种神秘物质的引力似乎是“宇宙脚手架”,但是我们的粒子物理学理论却无法理解。到目前为止,相关实验数据尚未揭示任何新的物理现象。

依据XENON1T官方网站最新发布数据,从2017年2月至2018年2月勘测数据显示,氙气电子在24KeV低能段上收集到285次闪光,而不是之前预期的232次闪光。

物理学家对超出预期的闪光次数提出了多种假设推测,并用数据进行验证,最终认为该现象可能源自在种途径:一是“轴子”,该概念是20世纪70年代提出的,专家认为宇宙大爆炸会产生轴子,迄今未找到轴子,它是暗物质的一种备选对象;二是太阳中微子,如果超预期的53次闪光来自中微子,它们应该具有很强的磁性,这是科学家从未发现过的一种粒子;三是太空噪音污染,可能是一波高能宇宙射线撞击探测器附近的岩石,产生一些中子造成噪音干扰。

轴子是一种理论化的低质量粒子,旨在解决一种叫做“强-CP”的物理问题——为什么使用相反电荷的镜像替换叫做夸克的亚原子粒子时,会遵循相同的物理定律?如果的确存在轴子,那么科学家预测太阳将在核心产生轴子,而我们也有可能在地球上探测到它们,轴子也被认为是部分暗物质存在的罪魁祸首。

保迪斯指出,穿过探测器的太阳轴子看起来最接近研究人员观测到的信号,其假设的显著性为3.5西格玛,这意味着观测到的信号99.98%概率不是由典型物理过程引起的。然而,引入氚衰变作为另一个背景过程将其显著性降低至2西格玛,也就是观测到的信号95%概率不是由典型物理过程引起。更多的数据能很容易地消除这种波动,粒子物理学家正在努力寻找太阳轴子显著性达到5西格玛,从而验证超预期闪光次数的根源。

其他物理学家对分析过程中所做的大量工作和思考,以及对探测器的极高灵敏度非常关注,但同时他们对解释结论非常谨慎。加州大学伯克利分校鲍勃·雅各布森(Bob Jacobsen)教授称,我们未发现太多的参考性数据,只有一些有趣的信息线索。

西班牙扎戈萨大学物理学家哈维尔•雷东多(Javier Redondo)称,这些信号就像太阳轴子穿过XENON1T仪器时采集的,如果由太阳产生的轴子粒子生成该信号的假设成立,那么将意味着轴子和电子之间的相互作用比当前的理论预测更可靠。

他还指出,即使我们的太阳不可能像现在这样符合最好的理论模型和实验,氙气实验所暗示的太阳轴子特性会导致太阳温度更高,远超出天文学家预测。为了通过分析使他相信太阳轴子导致闪光次数过量,他希望观测到一个确凿的证据,例如:在太阳磁场望远镜实验中的太阳轴子。但也许存在其他一些未知粒子引发该信号。

目前,发现实验闪光信号的真实根源仍需要进行大量工作和实验,例如:美国南达科他州桑福德地下研究的LZ实验。




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