科學(xué)家們表示，暗物質(zhì)場應(yīng)該會產(chǎn)生一種特征信號模式，可以通過GNOME 網(wǎng)絡(luò)多個站點的相關(guān)測量來檢測到該模式。對GNOME 連續(xù)運行一個月的數(shù)據(jù)的分析尚未得到相應(yīng)的指導(dǎo)。然而，正如研究人員在著名期刊《自然-物理學(xué)》 上報告的那樣，該測量可以對暗物質(zhì)的特性制定限制。
GNOME 是“用于奇異物理搜索的全球光磁強計網(wǎng)絡(luò)”的縮寫。其背后是位于世界各地的磁力計，包括德國、塞爾維亞、波蘭、以色列、韓國、中國、澳大利亞和美國。研究人員特別希望通過GNOME 推進對暗物質(zhì)的探索——這是21 世紀基礎(chǔ)物理學(xué)中最令人興奮的挑戰(zhàn)之一。畢竟，人們早就知道許多令人費解的天文觀測結(jié)果，例如星系中恒星的旋轉(zhuǎn)速度或宇宙背景輻射的光譜，最好是用暗物質(zhì)來解釋。
全球GNOME 網(wǎng)絡(luò)草圖
“極輕的玻色子粒子被認為是當(dāng)今暗物質(zhì)最有希望的候選者之一。其中包括所謂的軸子狀粒子（簡稱ALP），”PRISMA+ 和HIM（美因茨約翰內(nèi)斯古騰堡大學(xué)和達姆施塔特的GSI Helmholtzzentrum fr Schwerionenforschung 機構(gòu)）的教授Dmitry Budker 博士說道。合作。 “它們也可以被視為以一定頻率振蕩的經(jīng)典場。這種玻色子場的一個特征是，根據(jù)一種可能的理論方案，它們可以形成圖案和結(jié)構(gòu)。因此，暗物質(zhì)的密度可以集中在許多不同的區(qū)域——例如，可以形成比星系小但比地球大得多的離散疇壁。 '
“如果這樣的墻遇到地球，它會逐漸被GNOME 網(wǎng)絡(luò)檢測到，并可能在磁力計及其他地方產(chǎn)生瞬時特征信號模式，”該研究的合著者之一Arne Wickenbrock 博士解釋道。 “這些信號以某種方式相互關(guān)聯(lián)——具體取決于墻壁移動的速度以及到達每個位置所需的時間”。
美因茨的GNOME 網(wǎng)絡(luò)安裝
同時，該網(wǎng)絡(luò)由分布在全球八個國家的14 個磁力計組成，其中9 個磁力計為當(dāng)前分析提供了數(shù)據(jù)。測量原理基于暗物質(zhì)與磁力計中原子核自旋的相互作用。原子被特定頻率的激光激發(fā)，導(dǎo)致核自旋朝一個方向移動。潛在的暗物質(zhì)場可能會干擾這個方向，這是可以測量的。
形象地說，人們可以想象磁力計中的原子最初在混亂中跳舞，正如巴德克小組的博士生、當(dāng)前研究的作者赫克托·馬西亞-羅伊格(Hector Masia-Roig)所說明的那樣。 “當(dāng)它們‘聽到’正確頻率的激光時，它們就會一起旋轉(zhuǎn)。暗物質(zhì)粒子可以使跳舞的原子失去平衡。我們可以非常精確地測量這種擾動?，F(xiàn)在磁力計網(wǎng)絡(luò)變得很重要：當(dāng)?shù)厍虼┻^空間有限的暗物質(zhì)墻時，所有地點的跳舞原子逐漸受到干擾。其中一個站位于美因茨亥姆霍茲研究所的一個實驗室內(nèi)。 “只有當(dāng)我們匹配所有站點的信號時，我們才能評估觸發(fā)干擾的原因，”瑪西婭-羅伊格說。 '應(yīng)用于跳舞原子的形象，這意味著。如果我們比較所有站點的測量結(jié)果，我們就可以判斷這是否只是一個孤獨的舞者在跳舞，或者它實際上是一個全球性的暗物質(zhì)擾動。
在當(dāng)前的研究中，研究團隊分析了GNOME 連續(xù)運行一個月的數(shù)據(jù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)。在研究的質(zhì)量范圍內(nèi)，從1 飛電子伏特(feV) 到100,000 feV，沒有出現(xiàn)統(tǒng)計上顯著的信號。
相反，這意味著研究人員可以縮小理論上可以比以前更遠地發(fā)現(xiàn)此類信號的范圍。對于依賴離散暗物質(zhì)壁的方案來說，這是一個重要的結(jié)果——“盡管我們還沒有能夠通過全局環(huán)搜索檢測到這樣的疇壁，”美因茨的另一位博士生、該研究的領(lǐng)導(dǎo)者約瑟夫·斯米加補充道。
GNOME 合作的未來工作將集中于改進磁力計本身和數(shù)據(jù)分析。特別是連續(xù)運行應(yīng)該更穩(wěn)定。這對于可靠地搜索持續(xù)時間超過一小時的信號非常重要。此外，磁力計中先前的基礎(chǔ)原子將被稀有氣體取代。在“高級GNOME”標題下，研究人員預(yù)計這將大大提高未來尋找ALP 和暗物質(zhì)的測量的靈敏度。
