你有没有想过,我们每天身处的银河系,其实有一大半“身子”藏在看不见的地方。天文学家早就发现银河系转得不对劲,按可见物质的引力算,根本拉不住这么快的转速,却一直找不到额外的质量来自哪。现在主流说法是这股看不见的额外质量就是暗物质,它占了宇宙总物质的85%,比所有可见物质加起来还多五倍。可这么多年过去,没人能实打实地抓住它的痕迹。
意大利阿尔卑斯山底下,有台叫DAMA/LIBRA的暗物质探测器,已经蹲在那攒了二十年的数据。每年它都得出一模一样的奇怪结果:探测到信号的频率在六月份达到最高,到十一月就跌到最低点。不少科学家说,这搞不好就是人类第一次摸到暗物质的实锤。
为啥会出现这种每年变一次的规律?太阳系带着地球以每秒220公里的速度绕银河系跑,相当于整个人类都在穿越暗物质“风”。地球自己绕太阳转的速度是每秒30公里,一年里有半年运动方向和太阳系一致,穿越速度更快,撞见的暗物质粒子就更多,刚好撞上六月;另一半时间方向相反,速度慢,撞见的粒子就少,刚好落在十一月。这样看,这个周期性信号完全符合理论预期。
也有人泼冷水,说这个信号说不定和暗物质半毛钱关系都没有。毕竟温度湿度、山上积雪,甚至意大利的游客数量,都是按年波动的,随便哪个都能在数据里留下这种季节性痕迹。为了搞清楚到底是怎么回事,科学家在南半球墨尔本郊外的金矿深处,又搭了一台一模一样的探测器。
南半球的季节和北半球是颠倒的,但地球穿越暗物质的运动方向不会变。如果南半球探测器也在六月测出峰值,那说明就是普通季节因素搞的鬼。要是它也测出相同的周期规律,峰值出现在当地夏季,那暗物质存在的实锤就算稳了。
要抓住暗物质哪有这么容易,各种干扰源得先一个个排除干净。探测器用的晶体本身会携带极微量的钾,钾的天然同位素会衰变释放能量,刚好落在探测器的敏感区间,一不小心就会被当成暗物质信号。所以原料都得筛了又筛,把自带的放射性降到最低限度。
还有宇宙射线闯祸,来自太空的高能粒子撞击地球大气顶部,会产生一种叫μ子的粒子,它速度快能量高,钻进探测器晶体也会打出闪光。所以所有对灵敏度要求极高的暗物质探测器,都往地下深处埋,地下一公里深的地方,μ子数量比地面少一百万倍,几乎碰不到。
就算躲到地下也不能掉以轻心,矿洞的岩壁本身含有微量的铀钍,衰变后会释放氡气,这也是个不容小觑的干扰源。科学家给洞壁涂上特殊涂层封死放射性颗粒,晶体还一直被高纯度氮气流持续吹拂,整套设备外面又裹了一百二十吨的钢材和塑料屏蔽层。就为了把杂七杂八的干扰全挡在外头,专心等暗物质粒子上门。
这个深藏地下的实验,说白了就是奔着DAMA/LIBRA那个争议结果去的。最后啥也没测出来,那之前攒了二十年的结果就算翻篇了。真测出符合预期的信号,整个物理学界都得沸腾。
现在还有个挺开脑洞的说法,说暗物质根本不是单一粒子这么简单。它搞不好对应着一整套和可见物质世界平行的“暗标准模型”,粒子种类比我们这边还多,结构还更复杂。毕竟它占了宇宙八成多的总质量,搞出点复杂结构也不奇怪。
要是暗物质真的完全不和普通物质发生任何可探测的相互作用,那我们可能永远也找不到它的踪迹。这种结果说起来挺无奈,但科学本来就是这样,不是所有问题都能马上拿到标准答案。至少我们已经迈出步子找了,总比站在原地强。
有意思的是,这种宇宙级的“躲猫猫”可不只发生在暗物质身上。前不久天文学家绘制了银河系背后的天区分布图,一下找出八百八十三个一直藏着的星系,其中快三分之一都是全新发现。这些星系离我们才两亿五千万光年,说就是宇宙学意义上的“家门口”,就因为被银盘和尘埃带挡住,愣是藏了几十上百年。
连会发光的普通物质组成的星系都能藏这么久,完全不发光不反射也不辐射的暗物质,被我们低估到什么程度,根本没法想象。银河系异常旋转、星系团引力不对,这些都只是这场隐匿游戏露出的冰山一角。墨尔本金矿底下那台被层层包裹的晶体,现在还安安静静等着,说不定永远等不到那记预期中的闪光。
它要回答的可不只是一个旧信号的真假,更是银河系异常运转的终极答案。到底是我们的粒子清单里缺了这么一种新粒子,还是现有的物理规律本身就需要改写?答案说不定还远得很,但每一次这样沉默的等待,都是人类往真相那边多走了一步。
参考资料:人民日报 探秘宇宙中的暗物质
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