应该采用什么样的方式来探测暗物质

Question

如题所述

Answer 1

　　探测暗物质的方法：

　　一、直接探测
　　探测WIMP。WIMP偶尔会撞上一个原子核。这一碰撞会散射原子核，进而使之和周围的原子核发生碰撞。由此科学家可以探测到这些相互作用所释放出的热量和闪光。对于暗物质的直接探测实验一般都这设置于地底深处，以排除宇宙射线的背景噪声。这类的实验室包括美国的Soudan mine和DUSE、加拿大的SNOLAB地下实验室、意大利的大萨索国家实验室(Gran Sasso National Laboratory)以及英国的Boulby mine。
　　2011年，大部分的实验使用低温探测器或惰性液体探测器。低温探测器是在低于100mK的环境下探射粒子撞击锗这类的晶体接收器所产生的热。惰性液体探测器则是探测液态氙或液态氩中粒子碰撞产生的闪烁。低温探测实验包括了CDMS、CRESST、EDEDWEISS及EURECA。惰性液体探测实验包含了ZEPLIN、XENON、DEAP、ArDM、WARP和LUX。这两种探测技术都能够从其他粒子与电子对撞的噪声中辨识出暗物质与核子的碰撞。其他种类的探测器实验有SIMPLE和PICASSO。
　　方向性的暗物质探测方式是运用太阳系绕行银河系的运动。利用低压TPC，我们可以得知反弹路径的资讯，并借此去了解WIMP与原子核的作用。从太阳行进方向入射的WIMP讯号可以从各向同性的背景噪声中分离出来。这类的探测实验包括有DMTPC、DRIFT、Newage和MIMAC。
　　2009年12月17日，CDMS的研究团队发表了两个可能的WIMP事件。他们估计这两起事件来自已知背景讯号(中子、错认的β射线或是伽马射线)的可能性是23%，并作出了这样的结论：“这个分析结果无法被视作WIMP的有力证据，但我们不能排除这两起事件来自WIMP的可能性。”
　　2011年5月，CoGeNT实验公布先前15个月的探测结果，显示粒子的碰撞率呈现周期性变化，夏天较高而冬天比较低，这可以看作是暗物质存在的证据之一。这个结果支持已经进行了13年的意大利的DAMA/LIBRA暗物质探测实验。CoGeNT的实验结果显示，探测到的WIMP的质量是中子质量的5到10倍，这与某些其他的实验结果不符，但是其他实验对低能暗物质的探测精度没有CoGeNT高。
　　二、间接探测
　　暗物质的间接探测主要是观测其两两湮灭时所产生的讯号。 由于其湮灭所产生的粒子与其暗物质的模型有关，有许多种类的实验被提出。 假使暗物质是马约拉那粒子，则两个暗物质对撞会湮灭产生伽马射线或正负粒子对。如此可能会在星系晕生成大量伽马射线、反质子和正电子。然而在完全了解其他来源的背景噪声以前，这类的探测不足以当作暗物质的决定性证据。
　　EGRET伽马射线望远镜过去观测到了超出预期量的伽马射线，但科学家认为这多半是来自系统中的效应。自2008年6月11日开始启动的费米伽马射线太空望远镜则正在搜寻暗物质湮灭产生伽马射线的事件。在较高能量区间，地上的MAGIC伽马射线望远镜已经对矮椭球星系以及星系团中的暗物质给予了某些限制。

Answer 2

　暗物质的三种探测方式
　　暗物质除了对整个宇宙的发展产生影响外，它在银河系范围内起着举足轻重的作用。根据物理学的基本规律，一切物质之间都有引力相互作用，同样暗物质也是如此。
　　理论上，弱相互作用大质量粒子（即WIMP）的碰撞和湮灭会产生大量电子和正电子。通过测定二者的比例，以及在能量谱上的行为变化，可能找到暗物质。如果实验检测到在某能量处存在大量正电子，这可能暗示着检测到了暗物质，因为电子在宇宙中无处不在，而已知的天体物理学过程很少会产生正电子。芝加哥大学卡弗里宇宙学研究所的迈克尔·特纳教授说：“在对正电子和电子的观测中，如果发现二者比例突然上升然后急剧下降，那就是星系中暗物质湮灭的关键标志。在能量体系中也要考虑，是否具有各向异性？正电子是从固定的某个方向还是从所有方向出现？”本回答被提问者和网友采纳