新实验:无证据显示暗物质作用于原子核

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【大纪元2020年06月18日讯】(大纪元记者张妮编译)除了近期在大型离子对撞机内进行的寻找暗物质的实验,一组德国科学家在实验室内使用精确的仪器也进行了实验,发表在《自然》(Nature)期刊上。

科学家还不确定,暗物质自身之间是否存在相互作用,与普通物质是否通过电磁力、弱核力或强核力,还是其它未知的作用力发生作用,但是从至今一无所获的进展来看,科学家推测暗物质即使与普通物质存在相互作用力,也是极其微弱。

在寻找暗物质的路上,科学家近年来实验的思路是,在尽可能排除任何外界干扰的情况下,用高精度仪器测量粒子间的除了引力以外的基本作用力,即上面提到的电磁力、弱核力或强核力。科学家认为,从实验结果看到任何一点与预期的偏差,就说明是暗物质或者暗能量介入的效果。

一些研究者使用欧洲核研究组织(CERN)的大型对撞机进行实验,另一些研究者则在具有高敏感度设备的实验室内进行,比如这项由德国杜塞尔多夫大学(Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf)教授席勒(Stephan Schiller)负责的实验。

这项实验目标测量质子和氘子之间的电磁力。这里的质子是氢原子的质子,氘子(Deuteron)是氘原子的原子核,由一个质子和一个中子组成。

他们研究的是一种特殊的分子离子HD+。一个氢原子和一个氘原子组成的分子,被剥夺了一个电子后产生的氢气离子。这使得来自于氢原子的质子和氘子仅由一个电子绑定(而不是通常的两个电子),部分抵消了质子和氘子间的排斥力。

研究人员通过光谱技术确定质子和氘子之间的距离——“绑定长度”,再推算质子和氘子之间的作用力。

研究者称,这是一个很复杂的过程,因为涉及到一些量子特性。研究组的一位成员在上世纪40年代首次提出的理论基础上,又进行了二十年的研究完善其计算方法,最近终于能够根据足够精确的绑定长度,计算出两者间的作用力。

结果显示,计算值与测量值相符。研究人员由此推断出,由暗物质引起的质子和氘子作用力变化的上限值。

席勒说:“我们团队将此上限值的精确度提升了20倍。我们的研究显示,暗物质与普通物质的相互作用比以前设想的要少得多。仍然无法揭示这种神秘物质的形态,至少在实验室里。”◇

责任编辑:朱涵儒

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