新實驗縮小了暗能量粒子勢能

天文在線 發佈 2020-01-09T12:45:32+00:00

英國諾丁漢大學物理學和天文學副教授、這項研究的作者之一ClareBurrage對天文在線說:「我們並沒有排除一切因素。有趣的是,這裡仍然有一個參數窗口。」

圖解:在修正引力特徵的變色龍理論下的一個關於星系形成的模擬。

(註:變色龍理論提出了一種新的力,在已知的四種力的基礎上,有一種叫變色龍粒子的粒子介導。變色龍粒子的力量就像暗能量一樣,驅使宇宙中的星系分開。該理論認為沒變色龍粒子就像同名爬行動物一樣,可以融入周圍環境以躲避檢測。這些粒子改變的不是顏色,而是質量。)

圖解:一張表示宇宙間不同物質能量成分的餅圖,大約有96%的能量來自奇異的暗物質和暗能量。

英國的一項實驗之前未能找到解釋宇宙大部分質量粒子的證據,但這項探索還在持續進行中。

當宇宙學家觀察宇宙的膨脹方式時,他們發現當今的物質理論無法解釋宇宙的大部分能量。他們稱這種未知能量為「暗能量」,理論家們試圖通過提出未發現的粒子和相應的場來解釋它。實驗卻未能找到此類粒子存在的證據,但在物理學中,這未必是件壞事。

英國諾丁漢大學(University of Nottingham)物理學和天文學副教授、這項研究的作者之一Clare Burrage對天文在線說:「我們並沒有排除一切因素。有趣的是,這裡仍然有一個參數窗口。」

圖解:由NASA的哈伯太空望遠鏡所拍攝,車輪星系真實色彩的照片中,可以看見兩個星系正面相撞後的壯觀景象。

1998年對最遠距超新星的兩次觀測表明,宇宙不僅在膨脹,而且在加速膨脹。一種新的、未被發現的推動物質分裂的力量可以用來解釋這種膨脹,物理學家稱之為暗能量。此後的計算表明,暗能量應該占宇宙總質量和能量的三分之二以上,但我們不知道這種能量的真正來源是什麼。

物理學家用宇宙中物體之前的常規力來理解這種力,如電磁力,理解為場(你在場中的位置決定你對力的感受程度)和相應的粒子(你可以把兩個物質粒子之間的相互作用理解為力粒子的交換)。因此,一些暗能量理論認為這是一種新的力,一種過於微弱導致地球上無法觀測到的力,有一個對應的粒子;這些被提出的粒子被命名為變色龍粒子或對稱粒子。計算證據表明變色龍的理論是一種可行的暗能量理論,之所以命名變色龍是因為它的特性取決於它們所處的環境。

在英國工作的研究人員以前曾提出,如果這些力存在,他們可能會使用一種類似於伽利略實驗一樣的方法檢測它。研究人員把一個杏仁大小的鋁球放在一個極度真空的室里,令它附著在一根杆子上,可以四處移動。然後,他們抽運並捕獲一個冷銣原子脈衝,然後釋放陷阱。研究人員利用一種叫做原子干涉儀的探測方案,將特製的雷射照射到原子上,測量原子是如何朝著不同位置的鋁球移動的,以尋找加速度與理論預期的最細微差別。

《物理評論》上一篇文章表示,實驗發現,如果變色龍或對稱粒子存在,它們的影響太小,無法通過這種設置來測量。這種零結果也很有意義,它告訴理論家和實驗家去別處尋找解釋粒子的暗能量。

這些結果證實了2017年美國科學家團隊的一篇論文中的一組相似結果,儘管檢測方案略有不同。加州大學伯克利分校(University of California,Berkeley)2017年研究項目負責人Holger Müller在一封電子郵件中告訴天文在線,這篇論文「質量非常高,證實了我們早期的局限性」。「他們使用了相似但不完全相同的技術,是對實驗數據的有意義的強化。我應該充分肯定伯拉奇、科普蘭和辛德斯的理論論文,這篇新論文的三位科學家激發了我們對變色龍的研究。」

探索永無止境。Burrage對天文在線說,這些實驗為變色龍理論的演變的留下了疊代空間。現在的首要問題是提高這些實驗的靈敏度。

相關知識

ΛCDM模型(英語:ΛCDM Model或Lambda-CDM Model)是所謂Λ-冷暗物質(Cold Dark Matter)模型的簡稱。它在大爆炸宇宙學中經常被稱作索引模型,這是因為它嘗試解釋了對宇宙微波背景輻射、宇宙大尺度結構以及宇宙加速膨脹的超新星觀測。它是當前能夠對這些現象提供融洽合理解釋的最簡單模型。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. 地心引力- gizmodo- Ryan F. Mandelbaum

如有相關內容侵權,請於三十日以內聯繫作者刪除

轉載還請取得授權,並注意保持完整性和註明出處

關鍵字: