科學家鑽地4850英尺尋找暗物質

【美國《大眾科學》月刊網站1月3日報道】題:美科學家在南達科他州鑽地4850英尺尋找暗物質

科學家在南達科他州布萊克山下4850英尺(約合1478米)處的發掘可能解開物理界的最大謎團之一。

從1876年到2002年,南達科他州利德的老百姓從霍姆斯特克礦山挖掘出價值35億美元的黃金。2007年,國家科學基金會認定,這個8000英尺(約合2438米)深的洞穴將是建造深層地底科學與工程實驗室的理想場所。這個大型研究設施將包括全球最深的地底實驗室。

現在,由物理學家和當過礦工的人組成的一支隊伍已經將霍姆斯特克的運貨倉庫改建成桑福德地底實驗室的一座全新地表實驗室。他們將牆壁和踢腳板都刷成白色,並划出黃色的地面標線,指引來訪者繞過巨大的氮罐、衣櫃大小的計算機組和塑料覆蓋的機器零件。很快,他們將把很多這些元件匯聚在實驗室的無塵室並將其組裝成大型地底氙暗物質探測器(LUX),隨後將這台機器下降到礦井一半的深度。如果一切進展順利,探測器將最終探測到一些暗物質粒子的存在。人們至今尚未發現的這種無形物質很可能就是使宇宙結合起來的物質。

為了發現暗物質的直接證據,全世界目前至少有10項探索行動,大型地底氙暗物質探測器項目只是其中之一。為了贏得諾貝爾獎和聯邦政府自始至終的長期投資,50名大型地底氙暗物質探測器研究人員和2848名利德民眾相當公開地表示希望拔得頭籌。但是,問題已經出現。

如今,大部分物理學家(但絕不是全部)都認同暗物質存在,並認為暗物質可能由弱相互作用重粒子(WIMP)組成。「重」並不意味著這些粒子很大,卻表明它們有質量,因此不僅能對引力產生反應,而且可以產生引力。「弱相互作用」的意思是,儘管有質量,這些微粒同物質的相互作用微乎其微。科學家們還認為,弱相互作用重粒子在電磁上保持中性,這就是我們無法看到它們的原因。當然,至今所有針對暗物質存在的論點都是通過推論得來的。沒有人曾直接觀察到這種物質。

很多科學家都對弱相互作用重粒子理論表示懷疑,在某些情況下對暗物質觀點本身也持懷疑態度。他們認為牛頓物理學或許根本無法解釋星系層面的運動原理。

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