據(jù)外媒報道，科學(xué)家們確信暗物質(zhì)的存在。然而經(jīng)過50多年的搜尋，他們?nèi)詻]有找到這種神秘物質(zhì)的直接證據(jù)。來自特拉華大學(xué)(UD)的Swati Singh就是橫跨暗物質(zhì)學(xué)界的一小群研究人員之一，他們開始懷疑自己是否在尋找正確的暗物質(zhì)類型。

“如果暗物質(zhì)比傳統(tǒng)粒子物理實驗要尋找的輕得多呢?”UD的電子和計算機工程助理教授Singh說道。

現(xiàn)在，Singh及一名UD博士生Jack Manley提出了一種新的方法，即通過重新利用現(xiàn)有的桌面?zhèn)鞲衅骷夹g(shù)來尋找可能構(gòu)成暗物質(zhì)的粒子。該團隊最近在《Physical Review Letters》上發(fā)表的一篇論文中報告了他們的方法。

該論文的合著者還包括來自亞利桑那州的光學(xué)科學(xué)助理教授Dalziel Wilson、亞利桑那州的博士生Mitul Dey Chowdhury和哈弗福德學(xué)院的物理學(xué)助理教授Daniel Grin。

Singh解釋稱，如果把所有發(fā)光的物質(zhì)加起來如恒星、行星和星際氣體，它們只占宇宙物質(zhì)的15%。另外的85%被稱為暗物質(zhì)。它不發(fā)光，但研究人員通過它的引力效應(yīng)知道它的存在。他們也知道它不是普通物質(zhì)如氣體、塵埃、恒星、行星和我們。

“它可能是由黑洞組成，也可能是由比電子小數(shù)萬億倍的東西組成，其被稱為超輕暗物質(zhì)，”Singh說道。她是一名量子理論家，以推動機械暗物質(zhì)探測的開創(chuàng)性而聞名。

其中一種可能性是暗物質(zhì)是由暗光子組成，暗光子是一種暗物質(zhì)，它會對正常物質(zhì)施加微弱的振蕩力進而導(dǎo)致粒子來回移動。然而，由于暗物質(zhì)無處不在，它對任何事物都施加這種力，因此很難測量這種運動。

Singh和她的合作者指出，他們認為可以通過光電加速度計作為傳感器來檢測和放大這種振蕩來克服這個障礙。

“如果力是材料相關(guān)的，那么通過使用兩個由不同材料組成的物體，它們受到的力就會不同，這意味著你可以測量兩種材料之間的加速度差異，”該論文的第一作者Manley說道。

Wilson是一名量子實驗家，也是UD團隊的合作者之一，他把光學(xué)機械加速計比作一個微型音叉。“這是一種振動裝置，由于體積小，對環(huán)境擾動非常敏感。”

現(xiàn)在，研究人員提出了一項實驗，即利用氮化硅薄膜和一個固定的鈹鏡在兩個表面之間反射光線。如果兩種材料之間的距離發(fā)生變化，那么研究人員將從反射光得知暗光子的存在--因為氮化硅和鈹擁有不同的材料屬性。

Manly表示，協(xié)作是開發(fā)實驗設(shè)計的關(guān)鍵部分。他跟Singh及Wilson和Dey Chowdhury一起進行了理論計算，這些計算進入了建造他們提議的桌面加速度計傳感器的詳細藍圖。與此同時，宇宙學(xué)家Grin還幫助闡明了超輕暗物質(zhì)的粒子物理學(xué)方面。

作為一名理論家，Manly表示，有機會更多地了解設(shè)備是如何工作的以及實驗人員如何建造東西來證明他和Singh開發(fā)的理論加深了他的專業(yè)知識同時還拓寬了他可能的職業(yè)道路。

重要的是，這項最新的工作建立在合作團隊于去年夏天發(fā)表在《Physical Review》上的研究。這篇論文顯示了一些現(xiàn)有的和近期實驗室規(guī)模的設(shè)備足夠敏感到可以探測或排除可能是超輕暗物質(zhì)的粒子。該研究報告稱，某些類型的超輕暗物質(zhì)會以某種方式與正常物質(zhì)連接或配對從而導(dǎo)致原子大小的周期性變化。雖然單個原子大小的小波動可能難以注意到，但這種效應(yīng)在由多個原子組成的物體中會被放大，如果該物體是聲諧振器則可以實現(xiàn)進一步放大。該合作評估了幾種不同材料制成的諧振器的性能--從超流氦到單晶藍寶石，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些傳感器可以用來檢測暗物質(zhì)引起的應(yīng)變信號。

據(jù)悉，這兩個項目都得到了來自國家科學(xué)基金會的部分資助。

Singh表示，這些論文一起擴展了關(guān)于已知的探測暗物質(zhì)的可能方法的工作并提出了新一代桌面實驗的可能性。

關(guān)鍵詞： 暗物質(zhì) 光學(xué)機械 科學(xué)家