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暗光子:开启暗物质世界的一枚钥匙?

常驻编辑 科普中国 2022-08-29 暗物质   光子   费米   世界   相互作用   粒子   模型   钥匙   物质   质量   标准

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图8:太阳暗光子直接探测实验示意图[15]Us3拜客生活常识网


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(2)第二类实验将天体行星作为实验室[Stars as Laboratories for Fundamental Physics, 这是一本书]。它的主要思想是利用了天体行星内部的致密热环境,其内部的高能光子可以转化为暗光子。由于暗光子与可见物质的相互作用很小,它可以逃离致密的天体行星环境。因此,每一个天体行星都可以看作一个暗光子的源。Us3拜客生活常识网


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对于太阳来说,我们可以根据其耦合系数ϵ来计算来自太阳的暗光子单位面积流强代表实验为欧洲核子中心太阳轴子望远镜 (CERN Axion Solar Telescope),图6中标记为CAST。CAST实验采取了主动直接探测的办法。Us3拜客生活常识网


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另外,也可以采取被动的方式来限制暗光子。由于暗光子的逃逸,带走了天体行星的能量,因此会扰乱天体行星的正常演化。一个简单的标准是暗光子带来的能量流失速率要低于天体行星本身通过光子的散热速率(亮度)。人们使用太阳、水平支恒星、红巨星等天体来限制暗光子的耦合系数强度,在图6中标记为Solar、HB、RG[14]Us3拜客生活常识网


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(3)库仑力实验(图中标记为Cavendish-Coulomb)Us3拜客生活常识网

:暗光子的存在可以修改我们熟知的库仑定律Us3拜客生活常识网

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,其中第二项是有质量的暗光子带来的汤川势能修正。因此,实验可以通过原子核实验对库仑定律的测量来限制暗光子的质量和混合系数[16]Us3拜客生活常识网


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(4)早期宇宙限制:在早期宇宙中,光子存在几率振荡转化为暗光子A',然后暗光子逃逸进而改变了可见部分光子谱,在图6中标记为COBE/FIRAS[17]。尤其是随着早期宇宙宇宙膨胀过程,等离子体的密度随时间而减小。当等离子激元(plasmon)的质量和暗光子质量相等时,振荡会有共振增强。Us3拜客生活常识网


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现有的实验观测已经排除了很大部分暗光子参数空间。暗光子模型是一类具有良好物理动机的连接可见世界和暗物质世界的媒介粒子。因此,探测暗光子是探索暗物质世界的一种重要手段。粒子物理理论家和实验家也提出各种提议,进一步在更大的参数空间搜寻暗光子。Us3拜客生活常识网


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