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3D打印真空系统或能“捕捉”暗物质

2024-06-20 10:53:33
来源:科技日报 作者:张佳欣 评论:0

  利用一种专门设计的3D打印真空系统,英国诺丁汉大学物理学院的科学家开发出一种通过探测畴壁来“捕捉”暗物质的新方法,有望在理解暗能量和暗物质方面迈出重要一步。相关论文发表在最新一期《物理评论D》上。

图片来源:英国诺丁汉大学

  探测暗物质的一种方法是引入标量场粒子。在某些理论模型中,暗物质可以通过标量场与普通物质相互作用。这些模型假设有一种新的标量场在普通物质和暗物质之间介导相互作用,从而解释暗物质的存在及其与普通物质的间接相互作用。

  研究人员基于这一理论构建了3D真空系统,这个系统具有双阱势和直接物质耦合的光标量场,会经历密度驱动的相变,从而形成畴壁。畴壁是宇宙中可能存在的一种拓扑缺陷,是在宇宙相变过程中形成的。它们被认为是由不同相的区域之间的边界构成的,可以在宇宙初期的高能物理条件下形成。

  随着密度降低,缺陷就会形成。这类似于水结冰的过程:在冻结时,水分子随机排列形成晶体结构,不同分子的排列方式不同,就产生了断层线。当密度变低时,类似的情况也会发生在标量场中。虽然无法肉眼看到这些断层线,但如果粒子穿过它们,可能会改变轨迹。这些缺陷就是畴壁,可以证明标量场理论。

  为了检测这些缺陷或畴壁,研究人员构建了特别设计的真空系统,利用它模拟气体密度逐渐降低的环境。他们将用激光将锂原子冷却到接近绝对零度(-273℃)。在这种温度下,原子具有量子性质,使得分析更加精确和可预测。如果畴壁存在,它们可能会影响超冷锂原子的行为,从而提供检测到的暗物质的线索。

  研究人员表示,这种3D打印真空容器使用畴壁理论计算构建,他们认为,该容器具有捕获暗物质的最理想形状、结构和质地。该系统耗时3年建成,预计将在一年内获得实验结果。

(责任编辑:韩梦晨)

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