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文章来源:中国科学技术大学    发布时间: 2019-03-01 05:22  【字号:      】

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  原标题:英媒:暗物质秘密可能隐藏在地球古老岩石中

  参考消息网3月1日报道 英国新科学家网站2月26日刊登作者塞巴斯蒂安·鲍姆的文章,题为《暗物质的秘密可能隐藏在地球古老的岩石里》。文章称,宇宙的绝大部分是缺失的。对从最小星系到纵贯整个宇宙结构的观测显示,普通物质——构成你、我以及人们在宇宙中看到的一切东西的物质——只占整个宇宙的五分之一。剩下的80%是个谜。现将文章摘编如下:

  数十年来,我们一直试图通过一系列越来越尖端的探测器来追踪这些“暗物质”,但仍一无所获。现在该试试新方法了。也许,从地球内部获取的古老矿物与现代纳米技术的结合将揭示这种难以捉摸的物质的秘密。

  我们看不到暗物质,因为它与光没有相互作用。然而,理论模型提供了有关它可能由什么构成的线索。最引人注目的解释是,它是由粒子构成的,就像我们周围所有的普通物质一样。最有希望的候选者之一是弱相互作用大质量粒子,这个假设实体的质量与普通原子核差不多。

  大多数时候,这些粒子会直接穿过面前的物质,就好像那些物质不存在一样。但它们偶尔会碰到物质的原子核,产生一点撞击。

  过去30年中,许多实验都试图探测这些碰撞。这种直接检测方法是在实验室中监测大量的原子核,看看是否有原子核被暗物质粒子所推动。

  我和一些同事开始考虑其他办法。如果不实时监测原子核,是否可以在很长的一段时间内记录下这些碰撞呢?我们做这件事所需的材料已经存在--它就在我们脚下。

  地球的年龄约为45亿岁。例如,如果我们能够找到一种已经“记住”暗物质碰撞10亿年之久的物质,那么研究100克这种物质的效果将与用十年观察1万吨原子核的直接监测效果一样。

  我们的星球上充满了古老的晶体结构矿物质,比如盐和钻石。在许多这类晶体中,原子核与暗物质之间的碰撞会使原子核移位。我们的计算显示,当原子核在晶体中穿行时,其留下的损伤痕迹会非常短,一般小于100纳米,相当于人类头发直径的千分之一。而在许多材料中,这些痕迹会停留超过10亿年。多亏了现代纳米技术,现在的工具已经可以揭示这样微小的化石特征。由于这一系统使用古老的矿物,我们称之为古探测器。

  古探测器在实践中如何工作呢?与直接探测实验一样,假的信号可能使问题复杂化。暗物质并不是唯一能将原子核撞移位的东西,在30年的直接探测实验中,物理学家一直在竭尽全力避免这个问题。

  为了避免这种干扰,必须用尽可能干净的物质来进行古探测。地壳中形成的晶体太脏了,但大自然提供了两种污染程度低得多的来源:地球的海洋以及地幔,即地壳与地核之间的部分。

  一旦获得足够纯净的古老水晶样本,剩下的任务就是寻找里面留下的微小损伤特征。这可以通过近年来开发的一系列尖端技术来衡量,比如X射线和氦-离子束显微镜,它们的威力足够精确到纳米级别。

  要真正用古探测器来搜寻暗物质还需要一些时间。到目前为止,我们已经奠定了理论基础,显示了什么是可能的。今年晚些时候,我们将开始小规模的试验性测试。为了确保我们能够测量弱相互作用大质量粒子造成的任何破坏轨迹,我们将利用中子的爆炸在晶体中创建类似的轨迹。我们还将测量来自不同地方的一系列矿物的放射性污染,看看哪些最有希望用于古探测。(编译/王笛青)

  



(责任编辑:钦黎明)

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