暗物质探测器没探测到暗物质，但却探测到另一种困扰科学家的东西

去年，世界上最灵敏的暗物质探测器XENON1T似乎大获成功。不是暗物质，而是别的东西。也许是中微子，也许是太阳轴子，也许是探测器中的放射性污染。

现在，不同的物理学家团队提出了不同的答案。他们说，该信号可能与暗物质不一致，而是与暗能量一致。如果这确实是导致XENON1T检测激增的原因，那么它代表着寻找这种神秘力量的一个重要里程碑。

暗能量，就像暗物质一样，我们不知道。暗物质是我们给无法直接检测到的质量取的名字。我们推断它的存在是因为宇宙中的引力比我们通过统计可以探测到的东西所能解释的还要多——更多。宇宙中大约5%是正常物质，如恒星、黑洞、行星和我们，大约 21% 是暗物质。

剩下的74%左右是暗能量。我们也无法直接检测到它；相反，我们推断它存在于宇宙的加速膨胀中。某种东西使宇宙的传播速度超出了我们的想象，我们称之为暗能量。

英国剑桥大学卡夫利宇宙学研究所的宇宙学家桑尼·瓦格诺齐（Sunny Vagnozzi）说：“尽管这两种成分都是不可见的，但我们对暗物质了解得更多，因为它的存在早在20世纪20年代就被认为存在，而暗能量直到1998年才被发现。”

“像XENON1T这样的大规模实验旨在通过寻找暗物质‘撞击’普通物质的迹象来直接探测暗物质，但暗能量更加难以捉摸。”

XENON1T是一个装有3.2公吨超纯液态氙气并装有光电倍增管阵列的罐。它是完全密封且完全黑暗的，因此研究人员可以在粒子相互作用时检测到电致发光的闪光，从而在所谓的电子反冲中从氙原子中产生微小的电子簇射。

因为其中大部分是由已知的粒子相互作用产生的，所以我们非常清楚应该发生多少电子反冲事件作为一般背景噪声的一部分。这个数字大约是每年232 15。相反，XENON1T从2017年2月到2018年2月检测到285个事件。

科学家们发现，最可能的解释是一种称为太阳轴子的假想粒子，它于20世纪70 年代首次浮出水面，以解决为什么强原子力遵循所谓的电荷平价对称性的问题，而大多数模型说他们不需要.

但有一个问题：如果太阳可以产生轴子，那么所有恒星也应该如此。然而，在非常热的恒星中观察到的热量损失对轴子与亚原子粒子的相互作用施加了严格的限制。

因此，瓦格诺齐和他的团队开始测试暗能量是造成过剩的原因的可能性。现在，暗能量可能是一个谜，但大多数暗能量的物理模型会导致未知的第五种自然力，超越电磁力、引力和两种核相互作用。

因为宇宙的加速膨胀只能在非常大的尺度上检测到，而引力作用于局部尺度，任何暗示第五种力的暗物质模型也需要充分解释为什么这种力在我们的天文邻居中并不明显。

瓦格诺齐和他的团队基于称为变色龙筛选的机制开发了一种方法，该方法避免了解释为什么我们没有看到第五力的混乱，假设它在像我们这样的密集环境中距离太短。

“我们的变色龙筛选关闭了非常密集物体中暗能量粒子的产生，避免了太阳轴子面临的问题，”瓦格诺齐说。

“它还使我们能够将局部非常密集的宇宙中发生的事情与密度极低的最大尺度上发生的事情分开。”

他们的结果表明，来自太阳强磁区的暗能量粒子（位于辐射内部和外部对流区之间）可能产生了在XENON1T数据中观察到的信号。这优于仅背景解释，置信度为2.5西格玛。

它仍然不如太阳轴子解释那么强，后者的置信水平为3.5西格玛；甚至中微子或放射性污染，它们的置信水平均为3.2西格玛。

它确实提供了一种替代解决方案，没有与其他解决方案相关的棘手问题。正如研究人员在他们的论文中所写的那样，它“增加了 XENON1T 可能已经实现对暗能量的首次直接探测的诱人可能性。”

也就是说，当然，如果信号是真实的。我们需要再次检测才能确定这一点，而 XENON1T目前正在进行升级，我们需要等待一段时间。

然而，即使在下一次观察中没有出现信号，这篇论文也为在最终确认检测时跳出框框思考奠定了基础。

“这种过剩原则上可能是由暗能量而不是暗物质引起的，这真的令人惊讶，”瓦格诺齐说，“当事情像这样点击在一起时，这真的很特别。”

该研究已发表在《物理评论 D》上。