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天文新知

科學家在尋找暗物質的過程中意外發現了新粒子

在義大利格蘭薩索國家實驗室的深處,世界上極少數用於偵測暗物質的實驗取得了驚人的發現,但是他們並不是發現了暗物質,而是發現了一種新的「東西」。

在2017年2月至2018年2月的數據中,標準模型預測會有232±15個低能階事件被偵測到,而這次的實驗結果卻發現了285個,比預測值高出53個,遠遠超出了誤差範圍。參與合作的物理學研究團隊也不清楚是什麼原因,但經過審慎的考慮,他們將其歸結於三種可能,而在說明之間,需先瞭解暗物質實驗儀器,XENON1T。

XENON1T是一個裝滿3.2噸的超純液態氙的容器,並於其中裝設一系列光電倍增管,裡面是完全封閉、完全黑暗的,探測粒子間交互作用所產生的發光現象可以提升我們對於低能階粒子的瞭解,由於大部分交互作用都發生在已知的粒子上,這也就是為何會有232這樣的數字出現在標準模型預測中,但是額外多出來的53個卻是未解之謎。
氙1T暗物質實驗▲XENON1T光感測器
第一種可能是之前未被考慮進去的背景事件,由非常少量的「氚」所產生的放射性所引起,研究人員發現氚可能透過氙的活性化及探測器材料本身的氫被引入實驗容器中,長達1年的實驗中可能只有1分鐘的時間被引入,而這種事件也少到無法被證實、預測或是排除它。

第二種可能則是認為此訊號是由微中子所產生的,這些粒子與電子相似,但幾乎沒有質量及電荷,而且它們很少與其它粒子交互作用,根據研究人員的計算,如果微中子的磁矩過強,那麼微中子就是過量訊號的來源。

第三種情況則是一種被稱為太陽軸子的假想粒子,軸子是1970年代提出的一種對於暗物質的假設粒子,用以解決為何強力遵守電荷共軛宇稱問題,但大多數模型都認為它們不需要遵守。假設來自太陽的軸子與暗物質的候選軸子不同,這場實驗則暗示了太陽軸子的存在,但如果太陽軸子存在,則其它種類的軸子也應該存在。

研究人員留下這三種猜測後,最終在論文的末段寫道,下一代探測器可以進一步探討本實驗的訊號,下一代儀器的名稱為XENONnT,其目標質量為5.9噸,如果這些訊號在未來仍持續存在,將能夠更詳細研究這些過量物質。(編譯/許晉翊)
資料來源:Science Alert

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