北京
提起暗物質(zhì)探測(cè)器，人們通常會(huì)想到地下實(shí)驗(yàn)室里那些精密而龐大的儀器設(shè)備。但一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)大膽的設(shè)想：或許我們的地球本身，就是一臺(tái)天然的巨型暗物質(zhì)探測(cè)器。 暗物質(zhì)是宇宙中最神秘的組成部分之一。天文學(xué)家通過(guò)星系旋轉(zhuǎn)等方式推斷出暗物質(zhì)的存在，它大約占宇宙總能量的四分之一，卻不發(fā)光、不吸收光，也不反射光，難以被直接觀測(cè)。科學(xué)家猜測(cè)，暗物質(zhì)可能由一些目前尚未發(fā)現(xiàn)的粒子構(gòu)成，比如軸子和暗光子。這兩種假設(shè)粒子的性質(zhì)非常奇特：在本次研究關(guān)注的特定質(zhì)量范圍內(nèi)，它們的質(zhì)量?jī)H僅相當(dāng)于電子的約10的負(fù)19次方到10的負(fù)21次方倍，也就是說(shuō)，比一個(gè)電子還要輕上億億億倍。如果它們真的存在于銀河系的暗物質(zhì)暈中，那么它們?cè)诘厍蛑車(chē)赡鼙憩F(xiàn)得更像一種微弱而持續(xù)振蕩的場(chǎng)，而非孤立的粒子。 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)通常使用強(qiáng)磁場(chǎng)磁鐵來(lái)捕捉軸子向光子的轉(zhuǎn)換信號(hào)。但即便是實(shí)驗(yàn)室里最強(qiáng)的磁鐵，其覆蓋范圍也極其有限。而地球的磁場(chǎng)延伸到了整個(gè)行星，這給了研究人員一個(gè)自然環(huán)境中獨(dú)一無(wú)二的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。研究團(tuán)隊(duì)注意到，地球表面與導(dǎo)電的電離層之間構(gòu)成一個(gè)空腔，這個(gè)空腔可以充當(dāng)一種天然諧振器，在特定頻率下囚禁并增強(qiáng)電磁波。這種空腔共振現(xiàn)象最著名的例子就是舒曼共振——電磁波在地球與電離層之間的低頻駐波。 “我們問(wèn)自己，是否能用地球本身作為探測(cè)器來(lái)搜索暗物質(zhì)？”該研究通訊作者之一、日本京都大學(xué)的樽家篤志（Atsushi Taruya）表示，“地球-電離層空腔充當(dāng)了天然諧振器，它能夠放大正好處于我們希望探測(cè)的質(zhì)量區(qū)間附近的電磁波。” 利用這一機(jī)制，研究人員提出，可以通過(guò)監(jiān)測(cè)地球周?chē)匀划a(chǎn)生的電磁噪聲，尋找由軸子或暗光子轉(zhuǎn)化而來(lái)的微弱的異常信號(hào)。如果探測(cè)到這樣的信號(hào)，就可能揭開(kāi)暗物質(zhì)粒子身份之謎。這項(xiàng)研究為我們提供了一種全新的思路：無(wú)需建造更龐大的實(shí)驗(yàn)裝置，因?yàn)槲覀兡_下這顆蔚藍(lán)的星球，或許早已是人類(lèi)擁有的最大規(guī)模的暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)設(shè)施。
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