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用超导重力仪给地核进行全面“大体检”,搜索神秘致密暗物质

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 Emma Chou • 2020-02-24 11:36:12 来源:前瞻网 E4975G0
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物理学理论认为,宇宙在很大程度上由一种不发射,吸收或反射光的物质组成,因此无法使用常规的检测方法观察到。迄今为止,从未通过实验观察或检测到这种称为暗物质的物质。

因此,检测暗物质具有极大的挑战性,但如果将这类物质集中到宏观物体中,则可能会容易得多。实际上,一些物理学家建议,暗物质或至少是暗物质的一个重要组成部分可能由致密的暗物质物体(CDO)组成,这些暗物体被认为与正常物质之间表现出很小的非引力相互作用。

印第安纳大学和德国黑森林天文台(BFO)的两位研究人员Charles Horowitz和Rudolf Widmer-Schnidrig最近分别进行了一项研究,调查使用重力仪在地球内部搜索致密的暗物体(CDO)。他们的论文发表在《物理评论快报》上,强调了在不断寻找暗物质时使用超导重力仪的潜力。

“宇宙中的大部分是由未知的暗物质组成的。” Horowitz认为,“在我们之前的工作中,我们搜索了中子星或太阳中的暗物质团块,我们称其为致密的暗物体或CDO。由于暗物质与正常物质的相互作用非常弱,所以它可以在正常的体内以常规物质无法做到的方式移动。”

天体物理学理论表明,暗物质与正常物质具有引力相互作用。因此,使用可以检测一个位置与另一个位置之间的重力差异的工具来搜索CDO似乎是一个不粗的选择。

考虑到这一点,Horowitz和Widmer-Schnidrig着手研究使用重力计搜索CDO的潜力,重力计是一种高度灵敏的设备,可以以极高的精度测量重力产生的加速度。在地球上,由重力引起的加速度约为g(t) = 9.8 m/s2,而重力仪可以测量该数字在第12位到约12位数字之间的变化(精确到万亿分之一)。

Horowitz说:“随着CDO向重力仪的靠近或远离重力仪,来自CDO的重力会稍微改变g的值。” “我们寻求对g(t)的时间依赖性,该依赖性会随着地球内部CDO轨道运行55分钟而改变。”

Horowitz和Widmer-Schnidrig计算得出,在地球内核中移动的CDO的轨道周期将近55分钟,并且会在重力计中产生与时间有关的信号。但是,他们使用超导重力仪收集的数据排除了地心内部存在此类物体的可能性,除非这些物体的质量极低或轨道半径很小。

将来,研究人员希望使用灵敏度更高的重力仪或专注于其他天体来重复这一研究。 他们的研究还可以激发全球其他机构的物理学家使用重力计进行类似的实验。

“我们已经展示了如何利用重力仪的灵敏度探测暗物质的一种可能形式。”Horowitz说, “我们证明了除非此类物体的质量和轨道半径很小,否则它们不会在地球内部移动。在我们未来的工作中,我们计划尝试提高搜索的敏感性,并可能搜索其他太阳系物体中的CDO。 ”

原文来源:https://phys.org/news/2020-02-compact-dark-scanning-earth-core.html

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