宇宙中 85% 的物质都消失了：但科学家们正在接近找到它们

Josiah01

宇宙中的大部分物质都消失了。科学家认为，宇宙中大约 85% 的物质是由看不见的暗物质组成的，只能通过其对周围环境的引力作用间接探测到。
我和我的同事——一个由来自世界各地约 250 名科学家组成的团队，正在开展一项名为LUX-ZEPLIN（或 LZ）的暗物质实验——报告了我们在长期探索暗物质究竟由什么组成过程中的最新发现。
我们尚未发现我们认为暗物质所包含的难以捉摸的粒子，但我们已经对其属性设定了迄今为止最严格的限制。我们还表明我们的探测器正在按预期运行——并且将来应该会产生更好的结果。
我们的研究结果将在芝加哥举行的2024 年 TeV 粒子天体物理学会议和巴西圣保罗举行的2024 年 LIDINE 会议上报告。我们将提交一份期刊论文进行同行评审。
什么是暗物质？
当天文学家观察宇宙时，他们发现有证据表明，可见的恒星、气体和星系物质并非宇宙的全部。许多现象，如星系旋转的速度和大爆炸残余辉光的模式，只能用大量不可见物质——暗物质的存在来解释。
那么暗物质是由什么构成的呢？我们目前还不知道有哪一种粒子可以解释这些天文观测结果。
有几十种理论旨在解释暗物质观测结果，从奇异的未知粒子到微小黑洞，再到引力理论的根本变化。然而，这些理论至今尚未被证明是正确的。
最流行的理论之一认为，暗物质是由所谓的“弱相互作用大质量粒子”（WIMP）组成的。这些相对较重的粒子可能会导致观测到的引力效应，而且在极少数情况下还会与普通物质相互作用。
我们怎么知道这个理论是否正确呢？我们认为这些粒子一定一直在地球中穿梭。大多数情况下，它们会直接穿过地球而不与任何物体发生相互作用，但偶尔，WIMP 可能会直接撞击原子核——而这些碰撞正是我们试图发现的。
一个装满液态氙气的大冷罐
LZ 实验位于美国南达科他州地下约 1500 米的一个旧金矿中。将实验置于地下深处有助于尽可能多地隔绝背景辐射。
该实验由一个大型双层罐组成，罐内装有七吨液态氙气，氙气是一种温度冷却至 175 开尔文 (-98°C) 的惰性气体。
如果暗物质粒子撞上氙气核，它应该会发出微弱的闪光。我们的探测器有 494 个光传感器来探测这些闪光。
当然，暗物质粒子并不是唯一能产生这些闪光的东西。周围环境，甚至坦克和探测器本身的材料也会产生一些背景辐射。
要弄清楚我们是否看到了暗物质的迹象，很大一部分工作就是将这种背景辐射与任何更奇特的东西区分开来。为此，我们对有暗物质和没有暗物质的情况下预期看到的结果进行了详细的模拟。
这些模拟是我在实验中大部分工作的重点，该实验始于 2015 年我攻读博士学位时。我还开发了探测器监测传感器，并负责地下中央探测器的集成和调试，该探测器于 2021 年开始收集数据。
拉紧渔网
我们的最新研究结果并未显示暗物质的迹象。然而，这让我们排除了很多可能性。
我们没有发现任何质量超过 1.6 × 10 –26千克的粒子的痕迹，这个质量大约是质子的 10 倍。
这些结果基于探测器 280 天的观测数据。最终，我们的目标是收集 1,000 天的数据，这将使我们能够搜索更加难以捉摸的潜在暗物质粒子。
如果幸运的话，我们可能会在新数据中发现暗物质。如果没有，我们已经开始为下一代暗物质实验制定计划。XLZD（XENON-LUX-ZEPLIN-DARWIN）联盟的目标是建造一个几乎大 10 倍的探测器，让我们能够探索更多可能隐藏着这些无处不在却难以捉摸的粒子的空间。