義大利格蘭薩索國家實驗室深處,世界極少數用於偵測暗物質的實驗取得驚人的發現,但不是發現暗物質,而是發現一種新「東西」。

20172月至20182月的數據,標準模型預測會有 232±15 個低能階事件偵測到,這次實驗結果卻發現285 個,比預測值高出53個,遠遠超出誤差範圍。參與合作的物理學研究團隊也不清楚是什麼原因,但經過審慎考慮,歸結於 3 種可能。說明前需先了解暗物質實驗儀器,XENON1T

XENON1T 是裝滿 3.2 噸的超純液態氙容器,其中裝設一系列光電倍增管,是完全封閉黑暗,探測粒子間交互作用產生的發光現象可提升對低能階粒子的瞭解,由於大部分交互作用都發生在已知粒子,這也就是為何會有 232 這樣的數字出現在標準模型預測,但額外多出來的 53 個卻是未解之謎。

第一種可能是之前未考慮進去的背景事件,由非常少量的「氚」產生的放射性引起,研究人員發現氚可能透過氙的活性化及探測器材料本身的氫引入實驗容器,長達一年的實驗可能只有 1 分鐘引入,而這種事件也少到無法證實、預測或排除。

第二種可能則是認為此訊號是由微中子產生,這些粒子與電子相似,但幾乎沒有質量及電荷,且很少與其他粒子交互作用,據研究人員計算,如果微中子的磁矩過強,那麼微中子就是過量訊號的來源。

第三種情況則是一種稱為太陽軸子的假想粒子,軸子是 1970 年代提出對暗物質的假設粒子,用以解決為何強力遵守電荷共軛宇稱問題,但大多數模型都認為它們不需要遵守。假設來自太陽的軸子與暗物質的候選軸子不同,這場實驗則暗示了太陽軸子存在,但如果太陽軸子存在,其他種類的軸子也應該存在。

研究人員留下這 3 種猜測後,最終在論文末段寫道,下一代探測器可更深探討此實驗的訊號,下一代儀器的名稱為 XENONnT,目標質量為 5.9 噸。如果這些訊號未來持續存在,能更詳細研究這些過量物質。

 

作者 台北天文館

 

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