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西班牙科學家開發出尋找暗物質新武器

改寫自科學網
美國《連線wired science》雜誌報導，暗物質被認為是宇宙研究中一個最具挑戰性的課題，雖然科學家從未發現暗物質存在的直接證據，但並不妨礙他們繼續尋找。西班牙薩拉戈薩大學(University of Zaragoza)物理學家愛德華多•亞巴塞斯(Eduardo Abancens)領導的一個研究小組日前設計出新型暗物質探測器，外形酷似科幻大片《黃金羅盤(The Golden Compass)》的道具。
 
亞巴塞斯說：“即便我們不知道暗物質是什麼東西，但我們很清楚暗物質的行為特徵。”據物理學家介紹，目前他們只能對宇宙中大約5%的暗物質進行探測。物理學家是根據遙遠星系的行為探知暗物質存在的。遙遠星系的活動方式只能用肉眼看不到的物質品質產生的引力來解釋。根據物理學家的估計，宇宙中約20%的物質是暗物質，75%的物質是暗能量。暗能量是驅動宇宙加速膨脹的斥力。
 
亞巴塞斯團隊開發的暗物質探測器名為“閃爍輻射熱測量儀”(scintillating bolometer)，外形酷似科幻大片《黃金羅盤》中的道具，核心是一個純度極高的水晶體，可以傳導暗物質粒子撞擊其原子核時產生的能量。為避免受宇宙射線干擾，輻射熱測量儀錶面覆蓋一層鉛，保存於地下，上面是厚達半英里的岩層。
 
它還能被冷凍至接近絕對零度(即零下273.15攝氏度)，在此溫度下，一切運動都將停止。在接近絕對零度的條件下，科學家或能測出幾百萬分之一華氏度的溫度變化。亞巴塞斯等研究人員將此稱為是“高熱信號”。研究結果刊登在8月號《光學材料》(Optical Materials)雜誌上。據研究論文描述，輻射熱測量儀當前可以識別原子核顫動和電子旋轉產生的振動差異。
 
亞巴塞斯表示，新型暗物質探測器有望在5年內投入使用。不過，據布朗大學物理學家裏克•蓋茨凱爾(Rick Gaitskell)介紹，若要保證輻射熱測量儀可靠運行，則必須令其敏感度更高，而且，當把它從46克的樣機變成0.5噸重的實用模式時，還必須維持這種敏感度。
 
蓋茨凱爾沒有參與亞巴塞斯的研究。他說，在接近絕對零度的條件下實施研究“非常具有挑戰性”。蓋茨凱爾曾花費十年心血，試圖開發出能在此溫度下運轉的暗物質探測系統。他說：“我們現在使用的液態氙。液態氙溫度相對低，只有零下150華氏度。在較為耐用的冰箱裏，你幾乎就能獲得這種條件。”

WIRED SCIENCE原文報導

Optical Materials原文論文
“A BGO scintillating bolometer as dark matter detector prototype.” By N. Coron, E. García, J. Gironnet, J. Leblanc, P. de Marcillac, M. Martínez, Y. Ortigoza, A. Ortiz de Solórzano, C. Pobes, J. Puimedón, T. Redon, M.L. Sarsa, L. Torres and J.A. Villar.
Optical Materials, Vol. 31 Issue 10, August 2009.