不能重復(fù)的實驗結(jié)果可能是觀察錯誤分析的結(jié)果。
為了捕捉暗物質(zhì)，包含碘化鈉晶體的模塊位于韓國的 COSINE-100 探測器內(nèi)。該實驗于 2016 年開始運(yùn)行。圖片來源：COSINE-100 協(xié)作
物理學(xué)家已經(jīng)證明，韓國的一項地下實驗可以“看到”暗物質(zhì)流過地球——或不能，取決于其數(shù)據(jù)的切片方式。結(jié)果進(jìn)一步質(zhì)疑了幾十年前的說法，即另一項實驗一直在探測這種神秘物質(zhì)。
8 月1日10 日發(fā)表在 arXiv 預(yù)印本服務(wù)器上的最新研究報告稱，COSINE-100 探測器進(jìn)行的某種類型的數(shù)據(jù)分析可能會導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)季節(jié)性波動。物理學(xué)家提出了一種類似的波動作為暗物質(zhì)的特征，暗物質(zhì)是一種看不見但普遍存在的物質(zhì)，被認(rèn)為在宇宙中的含量是普通物質(zhì)的五倍。
意大利拉奎拉附近格蘭薩索國家實驗室的實驗粒子物理學(xué)家尼古拉·羅西（Nicola Rossi）說：“如果你應(yīng)用了錯誤的方法，你會看到他們的數(shù)據(jù)出現(xiàn)波動，”他首先提出了這種解釋2020 年2 .
暗物質(zhì)信號
二十多年來，現(xiàn)在被稱為 DAMA/LIBRA 的實驗也位于格蘭薩索國家實驗室，該實驗一直在報告其探測器3的碘化鈉晶體記錄的閃光的年度波動。這些事件的數(shù)量在 6 月達(dá)到頂峰，在 12 月見底，正如物理學(xué)家所預(yù)期的，如果暗物質(zhì)粒子充斥著銀河系。這是因為，隨著地球繞太陽運(yùn)行，它在銀河系中的速度在 6 月達(dá)到峰值，因此更多來自暗物質(zhì)暈的粒子會在那個時候撞擊 DAMA/LIBRA 探測器——就像更多的飛蟲撞擊汽車的擋風(fēng)玻璃一樣當(dāng)汽車移動得更快時。
復(fù)制嘗試加深了暗物質(zhì)信號的奧秘
但迄今為止，許多其他基于各種其他技術(shù)的暗物質(zhì)實驗都沒有看到與 DAMA/LIBRA 兼容的信號。因此，為了對這一說法進(jìn)行終極檢驗，在 2010 年代中期，物理學(xué)家開始制造由同種碘化鈉晶體制成的探測器。其中兩個實驗的初步結(jié)果，韓國的 COSINE-100 Yangyang 地下實驗室和西班牙比利牛斯山脈 Canfranc 地下實驗室的 ANAIS-112，未能重現(xiàn)擋風(fēng)玻璃效應(yīng)。
盡管大多數(shù)物理學(xué)界都認(rèn)為 DAMA/LIBRA 的結(jié)果可能是虛假的，但為什么意大利實驗在其記錄的事件中看到周期性的上下波動的問題仍然存在。多年來，該合作令人信服地拒絕了許多提議的解釋。
改變背景
2020 年，在閱讀 DAMA/LIBRA 合作的論文時，Rossi 和他的同事注意到，所報告的波動只是那些在假設(shè)的事件“背景”上發(fā)生的波動，該團(tuán)隊將其視為實驗性人工制品，例如在實驗室或檢測器本身。
但羅西和他的合著者寫道，除非全年背景絕對不變，否則這可能是“一種危險的方法”。擋風(fēng)玻璃效果應(yīng)該在背景中添加一個正弦項。但是，對背景進(jìn)行建模和減去的精確方式可能會影響數(shù)據(jù)的解釋方式，并可能產(chǎn)生虛假的暗物質(zhì)信號。
為了減去背景閃光，DAMA/LIBRA 團(tuán)隊每年對它們進(jìn)行平均，這可能會使剩余事件的數(shù)量看起來像鋸齒波。由于現(xiàn)實生活中的數(shù)據(jù)點很嘈雜，羅西和他的同事在他們的 2020 年報告中寫道，很容易將波動與暗物質(zhì)預(yù)期的正弦波類型混淆。研究人員還使用模擬數(shù)據(jù)表明，如果背景閃光的數(shù)量隨著時間的推移緩慢增加，他們可以制造出虛假的暗物質(zhì)信號。
結(jié)果重新創(chuàng)建
COSINE-100 合作現(xiàn)在對其晶體收集的真實數(shù)據(jù)進(jìn)行了類似的分析。韓國大田基礎(chǔ)科學(xué)研究所的物理學(xué)家、COSINE- 100。換句話說，隨著韓國實驗的背景自然減弱，其“暗物質(zhì)”數(shù)量在 12 月初左右最高，而在 6 月初左右最低。
這留下了一個兩難的局面。暗物質(zhì)探測器和其他物理實驗必須經(jīng)常與放射性物質(zhì)中的雜質(zhì)作斗爭，但隨著這些物質(zhì)的老化和放射性同位素的衰變，背景往往會變得更安靜，而不是更響亮?！霸黾颖尘笆欠浅２蛔匀坏?，”李說。盡管如此，羅西和他的團(tuán)隊仍然認(rèn)為，一些影響，例如放射性雜質(zhì)從外部緩慢侵入探測器，原則上可能會導(dǎo)致背景增加效應(yīng)。
芝加哥大學(xué)暗物質(zhì)理論專家丹·胡珀 (Dan Hooper) 表示，無論哪種方式，數(shù)據(jù)分析都對 DAMA/LIBRA 的說法造成了虛假波動，“讓我覺得這是一個潛在的好——甚至可能——解釋”。伊利諾伊州。
有爭議的暗物質(zhì)主張面臨終極考驗
羅馬 Tor Vergata 大學(xué)的物理學(xué)家兼 DAMA/LIBRA 發(fā)言人麗塔·伯納貝 (Rita Bernabei) 說，由于 DAMA/LIBRA 探測器是幾十年前建造的，并且一直保持在地下，因此放射性背景比最近建造的實驗更加穩(wěn)定。“如果存在任何來自降低速率的小假設(shè)貢獻(xiàn)，它可能會降低觀察到的調(diào)制幅度，但它永遠(yuǎn)不會像我們觀察到的那樣產(chǎn)生正信號，”她補(bǔ)充道。該合作還在一篇論文4中駁斥了羅西團(tuán)隊的論點，稱他們的假設(shè)“站不住腳”，他們的結(jié)論“毫無價值”。
物理學(xué)界一再呼吁 DAMA/LIBRA 團(tuán)隊披露更多數(shù)據(jù)，特別是提供閃光的總數(shù)。伯納貝表示，這“并沒有增加任何有用的信息”。但增加的透明度可能對合作有好處，羅西說：如果完整的背景計數(shù)在時間上確實是恒定的，它將增加團(tuán)隊聲稱看到正弦波動的可信度。“如果 DAMA 合作更加開放，那么很久以前就可以解決這個問題，”Hooper 說。
與此同時，復(fù)制暗物質(zhì)檢測的嘗試仍在繼續(xù)。西班牙薩拉戈薩大學(xué)的發(fā)言人 Maria Luisa Sarsa 說，本月早些時候，ANAIS-112 完成了五年的數(shù)據(jù)收集并正在進(jìn)行分析。這些數(shù)據(jù)足夠敏感，它們可能會以高統(tǒng)計置信度排除 DAMA/LIBRA 結(jié)果。幾年后，這種信心可能會上升到五個標(biāo)準(zhǔn)差，這通常是物理結(jié)果被認(rèn)為是可靠的閾值。
