师生心理学江湖对话手册第153章 课问答深入拆解暗物质探测的三种方法

——从易经阴阳到物理原理读懂人类追寻宇宙5%之外的真相 “教授暗物质到底是什么？为什么我们连看都看不见却要花几十年找它？”周五的宇宙学研讨课上秦易举着一本翻得卷边的《暗物质与暗能量》眼神里满是困惑。

窗外的梧桐叶飘落在窗台上像极了宇宙中那些“看不见却真实存在”的暗物质——明明占了宇宙总质量的27%却始终藏在可见物质（仅5%）的阴影里。

和蔼教授放下手中的茶杯指尖在桌案上的三张图纸上轻轻点了点：“要回答这个问题得先从‘看见’的本质说起。

我们能看见太阳是因为它发光；能看见地球是因为它反光。

可暗物质不发光、不反光连电磁波都不与它相互作用——就像易经里说的‘阴’看不见摸不着却能通过‘阳’（可见物质）的变化感知它的存在。

今天咱们就拆解暗物质探测的三种方法每一种都是‘以阳探阴’的智慧既有物理原理的严谨也藏着古人认识世界的哲学。

” 一、“守株待兔”的低温探测器：在零下270℃里捕捉暗物质撞出来的“火花” “第一种方法叫‘直接探测’核心是‘守着靶材等碰撞’。

”教授指着第一张图纸上面画着一个深埋地下的金属罐子“就像猎人在猎物常经过的地方设陷阱我们把探测器埋在几千米深的地下——比如中国的锦屏地下实验室那里能挡住宇宙射线的干扰然后在探测器里放‘靶材’比如锗、硅这类原子排列整齐的金属。

” 叶寒突然抬头：“您是说暗物质粒子会像子弹一样撞靶材？可暗物质不是‘不与物质作用’吗？” “是‘几乎不作用’不是‘完全不作用’。

”教授笑着纠正拿起笔在图纸上画了个原子模型“根据粒子物理的理论暗物质可能是‘弱相互作用大质量粒子’（WIMP）它撞上靶材原子的原子核时会把能量传递给原子核——就像台球撞台球虽然概率极低但只要撞了原子核就会‘晃动’产生微弱的热量或光信号。

” 他顿了顿加重语气：“这个信号有多弱？比一根头发丝的热量还小所以探测器必须冷却到接近绝对零度（零下273.15℃）只剩2-3开尔文（约零下270℃）才能排除温度干扰。

2016年美国的LUX实验用250千克液态氙做靶材在地下1.5千米的金矿里探测了2年虽然没找到明确的暗物质信号但把WIMP的质量范围缩小了——这就像易经里的‘潜龙勿用’看似没结果其实是在为‘见龙在田’打基础。

” 蒋尘突然翻出手机里的新闻：“教授我看到中国的PandaX实验也是用液态氙2021年还发布了最新数据说排除了一部分WIMP的参数空间。

这是不是说明‘直接探测’一直在进步？” “没错！”教授点头“直接探测的优势是‘直接捕捉暗物质本身’就像用渔网捞鱼虽然网眼可能还不够细但每一次调整都在靠近真相。

不过它的局限也很明显——如果暗物质不是WIMP而是更‘惰性’的粒子比如‘轴子’那这种方法就没用了。

这时候第二种方法就派上用场了。

” 二、“借光寻影”的间接探测：在宇宙射线里找暗物质“湮灭”的痕迹 “第二种方法叫‘间接探测’思路更巧妙——不直接等暗物质撞过来而是找它‘消失’时留下的痕迹。

”教授展开第二张图纸上面画着银河系的轮廓中间标着一个明亮的“银心”“根据理论暗物质粒子和它的反粒子相遇时会‘湮灭’转化成普通粒子比如正电子、伽马射线。

就像易经里的‘阴阳相济’阴（暗物质）和阳（反暗物质）相遇会转化为‘气’（能量和普通粒子）我们只要找到这些‘气’的痕迹就能反推暗物质的存在。

” 许黑突然开口声音比平时大了些：“我知道！费米太空望远镜就是干这个的！它在2008年发射后一直在观测银河系中心——因为那里暗物质密度最高湮灭的概率也最大。

2012年费米望远镜发现银心附近有过量的伽马射线当时很多人以为是暗物质的信号可后来发现可能是脉冲星发出的——这是不是说明‘间接探测’很容易认错？” “你说到了关键！”教授拿起粉笔在黑板上写了“信号 vs 背景”“间接探测的难点在于‘区分信号和背景’。

宇宙里的伽马射线太多了脉冲星、超新星遗迹都会产生就像在热闹的集市里找一个说话的人很容易把别人的声音当成目标。

但我们有办法——比如暗物质湮灭产生的伽马射线能量分布有特定的‘谱线’就像每个人的声音有独特的频率只要找到这个‘特征频率’就能确认是暗物质。

” 他举了个例子：“2018年中国的‘悟空’号暗物质粒子探测卫星在太空中观测到了正电子的‘反常谱’——正电子数量在1.4万亿电子伏特附近突然增多这和暗物质湮灭的理论预测很像。

虽然现在还不能确定这就是暗物质但‘悟空’的优势是‘高精度’它能区分正电子和其他粒子就像用显微镜看细菌比肉眼看得更清。

这就像易经里的‘明察秋毫’只有看得细才能在复杂的‘背景’里找到真正的‘信号’。

” 小主这个章节后面还有哦请点击下一页继续阅读后面更精彩！。

本文地址师生心理学江湖对话手册第153章 课问答深入拆解暗物质探测的三种方法来源 http://www.zuowensucai.net