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引力波天文台或有助搜寻暗物质粒子

科学家已有确凿证据证明暗物质的确存在,但它是“何方神圣”一直是未解之谜。有理论认为,暗物质可能是一种名为轴子的粒子,对现有的引力波天文台进行简单改造,或许就可以发现这些粒子的“芳踪”。

据物理学家组织网18日报道,暗物质通过它对大型天体的影响而彰显其存在。观测结果表明,普通物质仅占宇宙总能量的5%左右,而暗物质占宇宙总能量的22%左右。尽管如此,暗物质的“庐山真面目”一直未被揭示。

有些理论称,暗物质是一种弱相互作用大质量粒子(WIMP),但尽管科学家付出诸多努力,包括动用大型强子对撞机(LHC),WIMP仍“芳踪难觅”。

因此,科学家将目光投向了轴子。日本东京大学物理系助理教授道村祐太说:“我们假设轴子非常轻,几乎不与我们熟悉的物质相互作用,它被认为是很好的暗物质候选粒子,而且,其质量或许小于电子。”

东京大学宇宙射线研究所的研究生长野寇吉解释说:“我们的模型表明,轴子暗物质可以调节光的偏振——电磁波振荡的方向。如果光在由两个彼此独立的平行镜组成的光学腔中来回多次反射,这种偏振调制会得到增强,而这类空腔最著名的例子是引力波天文台的长隧道臂。”

研究人员称,鉴于其他观测轴子的理论方法需要用到极强的磁场,而这是一笔不菲的开支。因此,可对现有引力波天文台,比如美国的激光干涉引力波天文台(LIGO)以及日本的神冈引力波探测设施(KAGRA)进行改造,在不损害其现有功能的情况下,让其“一物两用”,搜寻轴子。

道村祐太说:“我们可以在引力波探测器的光电二极管传感器前增加一些偏振光学元件来寻找轴子,接下来,我希望可以把光学元件用于KAGRA上,看看究竟会发生什么。”

当然,研究人员也强调,对引力波设备的这种升级不会降低它们的灵敏度,也不会影响其实现终极使命——探寻到引力波。

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