暗物质探测器可能意外地检测到暗能量

去年，物理学家报告说，一个实验性暗物质探测器接收到一个可能暗示新物理学的奇怪信号，其中突出显示了几个嫌疑人。现在，剑桥科学家提出了一个当时没有考虑过的答案——该实验可能首次直接探测到暗能量，这是一种加速宇宙膨胀的神秘力量。

尽管人们认为暗物质的数量以五比一超过常规物质，但暗物质仍然难以捉摸。它不与光相互作用，似乎主要通过对宇宙尺度(如恒星、星系和星系团)的引力影响而使自己为人所知。但偶尔，暗物质粒子可能会以一种我们可以检测到的方式与普通物质粒子碰撞，使用合适的设备。

XENON1T是该设备的一个版本。该实验于 2016 年至 2018 年在进行，本质上是一个装满液态氙气的大罐，保持在地下深处。这个想法是，如果一个暗物质粒子穿过罐子，它会激发氙原子产生闪光和自由电子，一套传感器可以检测到这些。

但它并不像听起来那么简单。其他已知粒子可能具有相同的效果。将实验置于地下有助于减少这种噪音，但不是全部。因此，科学家们计算了事件的预期背景水平，然后检查实际检测是否高于该水平。

果然，确实如此。去年，科学家们报告了“令人惊讶的过量事件”——准确地说是 53 次——超过了预期的 232 次。似乎发生了一些奇怪的事情，但这是暗物质吗?

当时的主要候选者是一种假设的基本粒子，称为太阳轴子。顾名思义，这些将由太阳产生，虽然它们本身不被认为是暗物质候选者，但其他类型的轴子是，因此找到其中任何一个的证据将是重要的一步。

但经过进一步调查，剑桥团队表示，需要太多的太阳轴子才能产生观察到的信号。相反，他们提出了一个不同的罪魁祸首——暗能量的力载体粒子。这就是排斥力的名称，它似乎导致宇宙膨胀加速，其中一种模型涉及所谓的“变色龙”粒子。

从本质上讲，根据周围物质的多少，预测这些粒子将具有不同的质量和影响。因此，在地球等高密度区域，它们的质量很大，但它们的作用力仅作用于很小的距离。然而，在星际空间中，几乎没有物质的地方，变色龙的质量会更小，但它们的影响会更远。这种转换可以解释暗能量似乎对局部没有任何影响但对星系尺度有强烈影响的奇怪观察结果。

这个假设听起来可能有点太方便以至于无法实现，但这就是它们的目的 - 可以测试的想法以找到支持或反对它们的证据。而且，剑桥团队认为，我们可能已经在 XENON1T 中的过多事件中发现了变色龙作为暗能量载体的证据。

研究人员模拟了如果太阳产生的变色龙粒子，在一个称为 tachocline 的强磁性区域，通过 XENON1T 探测器会发生什么。果然，信号看起来非常像观察到的信号。

该研究的第一作者 Sunny Vagnozzi 博士说：“原则上，这种过剩可能是由暗能量而不是暗物质引起的，这真的令人惊讶。” “当事情像这样点击在一起时，它真的很特别。”

当然，此案远未结束。多余的事件尚未得到正确确认，但实验的高级版本可能能够验证结果。

“我们首先需要知道这不仅仅是侥幸，”该研究的合著者 Luca Visinelli 博士说。“如果 XENON1T 真的看到了什么，你会期望在未来的实验中再次看到类似的过剩，但这次信号要强得多。”

该研究发表在《物理评论 D》杂志上。

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