科學(xué)家們確信暗物質(zhì)的存在。然而經(jīng)過50多年的搜尋，他們?nèi)詻]有找到這種神秘物質(zhì)的直接證據(jù)。來自特拉華大學(xué)(UD)的Swati Singh就是橫跨暗物質(zhì)學(xué)界的一小群研究人員之一，他們開始懷疑自己是否在尋找正確的暗物質(zhì)類型。

“如果暗物質(zhì)比傳統(tǒng)粒子物理實(shí)驗(yàn)要尋找的輕得多呢？”UD的電子和計(jì)算機(jī)工程助理教授Singh說道。 

現(xiàn)在，Singh及一名UD博士生Jack Manley提出了一種新的方法，即通過重新利用現(xiàn)有的桌面?zhèn)鞲衅骷夹g(shù)來尋找可能構(gòu)成暗物質(zhì)的粒子。該團(tuán)隊(duì)最近在《Physical Review Letters》上發(fā)表的一篇論文中報(bào)告了他們的方法。

該論文的合著者還包括來自亞利桑那州的光學(xué)科學(xué)助理教授Dalziel Wilson、亞利桑那州的博士生Mitul Dey Chowdhury和哈弗福德學(xué)院的物理學(xué)助理教授Daniel Grin。

Singh解釋稱，如果把所有發(fā)光的物質(zhì)加起來如恒星、行星和星際氣體，它們只占宇宙物質(zhì)的15%。另外的85%被稱為暗物質(zhì)。它不發(fā)光，但研究人員通過它的引力效應(yīng)知道它的存在。他們也知道它不是普通物質(zhì)如氣體、塵埃、恒星、行星和我們。

“它可能是由黑洞組成，也可能是由比電子小數(shù)萬億倍的東西組成，其被稱為超輕暗物質(zhì)，”Singh說道。她是一名量子理論家，以推動(dòng)機(jī)械暗物質(zhì)探測的開創(chuàng)性而聞名。

其中一種可能性是暗物質(zhì)是由暗光子組成，暗光子是一種暗物質(zhì)，它會(huì)對(duì)正常物質(zhì)施加微弱的振蕩力進(jìn)而導(dǎo)致粒子來回移動(dòng)。然而，由于暗物質(zhì)無處不在，它對(duì)任何事物都施加這種力，因此很難測量這種運(yùn)動(dòng)。

Singh和她的合作者指出，他們認(rèn)為可以通過光電加速度計(jì)作為傳感器來檢測和放大這種振蕩來克服這個(gè)障礙。

“如果力是材料相關(guān)的，那么通過使用兩個(gè)由不同材料組成的物體，它們受到的力就會(huì)不同，這意味著你可以測量兩種材料之間的加速度差異，”該論文的第一作者M(jìn)anley說道。

Wilson是一名量子實(shí)驗(yàn)家，也是UD團(tuán)隊(duì)的合作者之一，他把光學(xué)機(jī)械加速計(jì)比作一個(gè)微型音叉�！斑@是一種振動(dòng)裝置，由于體積小，對(duì)環(huán)境擾動(dòng)非常敏感�！�

現(xiàn)在，研究人員提出了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，即利用氮化硅薄膜和一個(gè)固定的鈹鏡在兩個(gè)表面之間反射光線。如果兩種材料之間的距離發(fā)生變化，那么研究人員將從反射光得知暗光子的存在--因?yàn)榈�化硅和鈹擁有不同的材料屬性�?/p>

Manly表示，協(xié)作是開發(fā)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分。他跟Singh及Wilson和Dey Chowdhury一起進(jìn)行了理論計(jì)算，這些計(jì)算進(jìn)入了建造他們提議的桌面加速度計(jì)傳感器的詳細(xì)藍(lán)圖。與此同時(shí)，宇宙學(xué)家Grin還幫助闡明了超輕暗物質(zhì)的粒子物理學(xué)方面。

作為一名理論家，Manly表示，有機(jī)會(huì)更多地了解設(shè)備是如何工作的以及實(shí)驗(yàn)人員如何建造東西來證明他和Singh開發(fā)的理論加深了他的專業(yè)知識(shí)同時(shí)還拓寬了他可能的職業(yè)道路。

重要的是，這項(xiàng)最新的工作建立在合作團(tuán)隊(duì)于去年夏天發(fā)表在《Physical Review》上的研究。這篇論文顯示了一些現(xiàn)有的和近期實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的設(shè)備足夠敏感到可以探測或排除可能是超輕暗物質(zhì)的粒子。該研究報(bào)告稱，某些類型的超輕暗物質(zhì)會(huì)以某種方式與正常物質(zhì)連接或配對(duì)從而導(dǎo)致原子大小的周期性變化。雖然單個(gè)原子大小的小波動(dòng)可能難以注意到，但這種效應(yīng)在由多個(gè)原子組成的物體中會(huì)被放大，如果該物體是聲諧振器則可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步放大。該合作評(píng)估了幾種不同材料制成的諧振器的性能--從超流氦到單晶藍(lán)寶石，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些傳感器可以用來檢測暗物質(zhì)引起的應(yīng)變信號(hào)。

據(jù)悉，這兩個(gè)項(xiàng)目都得到了來自國家科學(xué)基金會(huì)的部分資助。

Singh表示，這些論文一起擴(kuò)展了關(guān)于已知的探測暗物質(zhì)的可能方法的工作并提出了新一代桌面實(shí)驗(yàn)的可能性。