使用超級電腦來了解暗物質,物理學的不解之謎

    加入我們永遠收到最新的消息

extra_large-1478192080-cover-image
這張圖片顯示兩個碰撞中的星系團。藍色的色澤顯示星系間氣體的排放,描繪暗物質在這張圖片裡的分佈。NASA/ESA/CXC/NRAO/AUI/NSF/STSCI/G.OGREAN(STANFORD UNIVERSITY)

暗物質的真正本質仍然是非常不清楚的,因此物理學家正在嘗試各種不同的方法,來弄清楚它是什麼樣子的神秘物質。

一個由德國與匈牙利組成的團隊,使用德國電子同步加速器(DESY)的超級電腦JUQUEEN,建立暗物質能夠被允許的質量範圍,來解釋它對宇宙的影響。他們認為被稱為軸子(axion)的粒子是一個很好的候選粒子,而且根據他們發表在自然(Nature)期刊的計算,它可以比電子還輕100億倍。

dark-matter-head

對於暗物質的存在,宇宙學研究有很強的證據。星系的形狀、大小、和分佈,都暗示著有我們看不見的東西。來自歐洲的普郎克(Planck) 衛星在上一次的估計,宇宙中85%的物質被認為是暗物質。

來自DESY的共同作者Andreas Ringwald博士在一份聲明中解釋:「暗物質是一種看不見的物質形式。直到現在,它只透過它的引力效應顯露出來。它的組成仍然完全是一個謎。形容詞的’暗’,不是簡單地意味著它不會發射出可見光。它看起來沒有發出任何其他波長,它與光子的相互作用必定是非常的弱。」

milky-way-dark-matter-cp

雖然在宇宙尺度上理解它是很困難的,但是尋找實際的暗物質粒子卻更加困難。暗物質不是由稱為標準模型(Standard Model)的最準確的粒子物理學理論所預測出來的,然而像Ringwald這樣的研究人員正在它的局限裡挑選,來尋找新的物理學。

他最近建議擴展標準模型,將軸子作為暗物質的候選粒子。軸子是被用來修復我們所描述的強大的核力,核力讓質子和中子在原子中相互粘附。強大的核力在物質和反物質方面似乎沒有偏好,但由於宇宙是由物質構成的,所以應該會有一個偏好。

cosmos_3d_dark_matter_map_701x526

軸子可以解決這個問題,但在它們可以修復我們的物理學之前,我們需要找到它們,因為到目前為止還沒有它們存在的證據。然而,有一些目前和已計劃的實驗,被設計來尋找它們,可能找到一些證據。

Ringwald繼續說:「然而,找到這種證據,將是極為有助於知道我們正在尋找什麼樣的質量。否則,搜索可能需要幾十年,因為將不得不掃描非常大的範圍。」

2016_11largeimg03_nov_2016_185313773

美國在最近批准了一種新的超靈敏偵測器,並且預計在2020年開始獵捕暗物質。

來源:IFLScience