意大利一项实验可能探测到源自太阳的暗能量

北京时间 9 月 18 日消息，目前，英国剑桥大学研究人员在《物理评论 D》杂志上发表文章称，意大利 XENON1T 实验中一些无法解释的结果可能是由暗能量引起的，而不是该实验旨在检测的暗物质。

他们建立了一个物理模型来帮助解释这些结果，证实该结果可能源自太阳强磁场区域产生的暗能量粒子，尽管还需要未来的实验来证实该解释。研究人员表示，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肉眼所能看到的一切，从小型卫星至巨大星系，从蚂蚁至蓝鲸，它们仅占宇宙物质 5%，其他物质则是"黑暗"的，大约 27% 是暗物质 -- 将星系和宇宙网络连接在一起的无形力量，而 68% 是暗能量，它导致宇宙加速膨胀。

该研究报告作者、剑桥大学卡维里宇宙学研究所桑尼・瓦格诺齐博士称，尽管暗物质和暗能量都是看不见的，但我们对暗物质了解得更多，因为早在上世纪 20 年代就有人提出它的存在，而暗能量直到 1998 年才被发现，XENON1T 等大型实验旨在通过寻找暗物质"碰撞"普通物质的迹象，直接探测暗物质，但暗能量更难捉摸。

为了探测暗能量，科学家们通常会寻找引力的相互作用 -- 引力吸引物体的方式，在最大尺度上，暗能量的引力效应是排斥性的，将物体相互拉开，使宇宙加速膨胀。

大约一年前，XENON1T 实验报道发现了一个意想不到的信号，或者说超出了预期背景。该研究合著作者、意大利弗拉斯卡蒂国家实验室研究员卢卡・维西内利博士称，这类过剩现象通常是偶然的，但偶尔也会导致根本性的发现，我们探索了一个模型，在这个模型中，该信号可以归因为暗能量，而不是实验最初设计来检测的暗物质。

当时科学家对该实验结果最流行的解释是太阳产生的轴子 -- 一种假设的、极其轻的粒子，然而，该解释未经得起观测验证，因为解释 XENON1T 信号所需的轴子数量将彻底改变比太阳更大质量恒星的演变进化，这与我们所观测到的现象相冲突。

我们还远没有完全理解暗能量是什么，但大多数暗能量的物理模型都能指向所谓的"第五种力"，宇宙中有四种基本力，它们均无法解释这种神秘现象，科学家有时将这种神秘现象称为"第五种力"作用的结果。

然而，我们知道爱因斯坦的引力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，必须在小尺度范围下"隐藏"或者"屏蔽"，而且只能在爱因斯坦的引力理论无法解释宇宙加速的大尺度范围下运行。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，动态地隐藏了第五种力。

维西内利和研究报告合著作者构建了一个物理模型，该模型使用一种被称为"变色龙筛选"的机制，呈现太阳强磁场产生的暗能量粒子，可以解释 XENON1T 实验中无法解释的现象。

他说："我们采用变色龙筛选机制屏蔽了超密度天体中产生的暗能量粒子，排除了太阳轴子的可能性，我们能够将密度非常小的局部宇宙和密度非常低的最大规模宇宙进行状况分离。"

研究人员利用该实验模型证实，如果暗能量产生于太阳一个特定区域 -- 差旋层（tachocline），探测器就能发现那里的磁场特别强。维西内利说："令人惊讶的是，这种过剩现象可能是由暗能量而不是暗物质造成的，当一切都像这样结合在一起时，真的很特殊。"

同时，研究计算表明，像 XENON1T 这样旨在探测暗物质的实验，也可以用于探测暗能量，然而该结论需要更多的实验进行验证。维西内利说："我们首先需要知道这不是偶然的，如果 XENON1T 实验真的观测到了什么，你会期望在未来的实验中再次看到类似的过量现象，但那将是一个更强的信号。"

如果我们观测到的过量现象是由于暗能量所导致的，XENON1T 实验将进一步升级完善，以及实现类似研究目标的实验，例如：LUX-Zeplin 和 PandaX-xT 实验，很可能未来十年我们将直接探测到暗能量。