尋找暗物質(zhì)是21世紀(jì)基礎(chǔ)物理學(xué)面臨最激動(dòng)人心的挑戰(zhàn)之一，研究人員很早就知道它肯定存在，因?yàn)榉駝t許多天體物理觀測(cè)將無(wú)法解釋。例如，恒星在星系中的自轉(zhuǎn)速度比只有普通物質(zhì)存在時(shí)要快得多。

總體而言，我們所看到的物質(zhì)最多只占宇宙總物質(zhì)的20%，這意味著有驚人的80%是暗物質(zhì)，好比房間里有一頭大象，但我們就是看不見(jiàn)，摸不著，也感知不到。

暗物質(zhì)可能由極輕的粒子組成，但到目前為止，沒(méi)有人知道暗物質(zhì)是由什么組成。該領(lǐng)域科學(xué)家正在思考和研究一系列可能的粒子，這些粒子在理論上可能具有候選資格。其中有極輕的玻色子粒子，目前被認(rèn)為是最有前景的粒子之一。這些也可以被認(rèn)為是以特定頻率振蕩的經(jīng)典磁場(chǎng)。但還不能給出一個(gè)數(shù)值（也就是粒子的質(zhì)量）?；炯僭O(shè)是，這個(gè)暗物質(zhì)場(chǎng)與可見(jiàn)物質(zhì)耦合，對(duì)某些原子性質(zhì)有著極其微妙的影響，而這些原子性質(zhì)通常是恒定的。

研究團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一種新的方法，其研究發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》期刊上。使用原子光譜學(xué)，并涉及銫原子蒸氣的使用，只有在暴露于非常特定波長(zhǎng)的激光時(shí)，這些原子才會(huì)被激發(fā)。推測(cè)是相應(yīng)觀測(cè)波長(zhǎng)的微小變化，將表明銫蒸氣與暗物質(zhì)粒子場(chǎng)的耦合。主要作者迪奧尼斯蒂安·安蒂亞斯博士說(shuō)：理論上，研究是基于一種特殊的理論模型，對(duì)其假設(shè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，在這種情況下，其基本概念是由我們的同事和以色列魏茨曼研究所合著者開(kāi)發(fā)的弛豫模型。

根據(jù)弛豫理論，在大質(zhì)量區(qū)域(如地球)附近一定有暗物質(zhì)密度較大的區(qū)域，使耦合效應(yīng)更容易觀察和檢測(cè)。搜索以前不可訪問(wèn)的頻率范圍，利用新技術(shù)，科學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)獲得了一個(gè)迄今為止尚未探索過(guò)的頻率范圍，在這個(gè)頻率范圍內(nèi)，正如弛豫理論所假設(shè)的那樣，某些形式的暗物質(zhì)對(duì)銫原子性質(zhì)影響應(yīng)該相對(duì)容易發(fā)現(xiàn)。研究結(jié)果還能讓研究人員制定新的限制條件，以確定暗物質(zhì)的性質(zhì)可能是什么。

研究作者德米特里·巴克(Dmitry Budker)將這種一絲不茍的搜索比作在沙漠中獵取老虎。在目前研究中探索的頻率范圍內(nèi)，仍然沒(méi)有精確地確定暗物質(zhì)。但至少，現(xiàn)在已經(jīng)在這個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行了搜索，知道我們不必再做一次了。研究人員仍然不知道暗物質(zhì)（比喻中的老虎）潛伏在哪里，但現(xiàn)在知道老虎不在哪里。研究人員只是繼續(xù)更密切地瞄準(zhǔn)沙漠中老虎最有可能出現(xiàn)的地方，可能未來(lái)在某個(gè)時(shí)候，我們會(huì)抓住它。

博科園｜研究/來(lái)自：美因茨大學(xué)

參考期刊《物理評(píng)論快報(bào)》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.141102

博科園｜科學(xué)、科技、科研、科普

關(guān)注【博科園】看更多大美宇宙科學(xué)哦