我们能探测到暗能量吗？科学家说

暗能量---- 导致宇宙加速的神秘力量---- 可能是导致 XENON1T 实验意外结果的原因，该实验位于意大利亚平宁山脉深处。

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一项由剑桥大学研究人员领导并发表在《物理评论 d 》杂志上的新研究表明，意大利 XENON1T 实验的一些无法解释的结果可能是由暗能量引起的，而不是实验设计用来探测的暗物质。

他们建立了一个物理模型来帮助解释这个结果，这个结果可能来自于太阳强磁场区域产生的暗能量粒子，尽管未来的实验需要证实这个解释。研究人员说，他们的研究可能是直接探测暗能量的重要一步。

我们在天空和日常生活中所能看到的一切---- 从微小的卫星到巨大的星系，从蚂蚁到蓝鲸---- 只占宇宙的不到5% 。剩下的就是黑暗了。大约27% 是暗物质---- 将星系和宇宙网络连接在一起的不可见力量---- 而68% 是暗能量，它使宇宙以加速的速度膨胀。

该论文的第一作者、剑桥大学卡弗里宇宙学研究所的桑尼 · 瓦格诺齐博士说: “尽管这两种成分都是看不见的，但我们对暗物质的了解要多得多，因为暗物质早在20世纪20年代就被提出，而暗能量直到1998年才被发现。”。“类似 XENON1T 这样的大规模实验已经设计出来，通过寻找暗物质撞击普通物质的迹象，直接探测暗物质，但是暗能量更加难以捉摸。”

为了探测暗能量，科学家们通常会寻找引力的相互作用: 引力牵引物体的方式。在最大的尺度上，暗能量的引力效应是相互排斥的，将物体相互拉开，使得宇宙的膨胀加速。

大约一年前，XENON1T 实验报告了一个意外的信号，或者超过预期的背景。这项研究的合著者、意大利弗拉斯卡蒂国家实验室(Frascati National Laboratories)的研究员卢卡 · 维西内利(Luca Visinelli)博士表示: “这种过度行为通常是侥幸，但偶尔也会导致基础性的发现。”。“我们探索了一个模型，在这个模型中，这种信号可以归因于暗能量，而不是这个实验最初设计用来探测的暗物质。”

在那个时候，对于这种过剩最流行的解释是轴子---- 假设的，极轻的粒子---- 在太阳中产生。然而，这种解释与观测结果不符，因为解释 XENON1T 信号所需要的轴子数量将大大改变比太阳重得多的恒星的演化，与我们观测到的结果相冲突。

我们还远远没有完全理解暗能量是什么，但是大多数暗能量的物理模型都会导致所谓的第五种力的存在。宇宙中有四种基本作用力，任何不能用其中一种作用力来解释的东西，有时都被称为未知的第五种作用力的结果。

然而，我们知道爱因斯坦的引力理论在局部宇宙中非常有效。因此，任何与暗能量相关的第五种力都是不必要的，在小尺度下必须被隐藏或屏蔽，并且只能在爱因斯坦的引力理论无法解释宇宙加速度的最大尺度下运作。为了隐藏第五种力，许多暗能量模型都配备了所谓的屏蔽机制，动态地隐藏第五种力。

瓦格诺奇和他的合作者建立了一个物理模型，该模型使用了一种被称为变色龙筛选的筛选机制，来表明太阳强磁场产生的暗能量粒子可以解释 XENON1T 过剩。

瓦格诺兹说: “我们的变色龙筛查关闭了高密度物体中暗能量粒子的产生，避免了太阳轴子所面临的问题。”。“这也使我们能够将局部非常致密的宇宙中发生的事情与最大尺度上发生的事情分离开来，因为那里的密度非常低。”

研究人员利用他们的模型展示了如果暗能量产生于太阳的一个特定区域---- 被称为塔乔克莱群的区域，那里的磁场特别强，探测器中会发生什么。

瓦格诺齐说: “这种过剩原则上可能是由暗能量而不是暗物质引起的，这真是令人惊讶。”。“当事情像那样一拍即合时，真的很特别。”

他们的计算表明，专门用来探测暗物质的 XENON1T 等实验也可以用来探测暗能量。然而，最初的过度仍需要令人信服的证实。维西内利说: “我们首先需要知道，这不仅仅是一次侥幸。”。“如果 XENON1T 真的看到了什么，你可以预期在未来的实验中会再次看到类似的过剩，但这次的信号要强得多。”

如果过剩是暗能量的结果，即将到来的 XENON1T 实验的升级，以及追求类似目标的实验，如 LUX-Zeplin 和 PandaX-xT，意味着它可能在未来十年内直接探测到暗能量。

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Materials provided by University of Cambridge. The original text of this story is licensed under a Creative Commons License. Note: Content may be edited for style and length.

Journal Reference:

1. Sunny Vagnozzi, Luca Visinelli, Philippe Brax, Anne-Christine Davis, Jeremy Sakstein. Direct detection of dark energy: The XENON1T excess and future prospects. Physical Review D, 2021; 104 (6) DOI: 10.1103/PhysRevD.104.063023