于利希寻找暗物质

宇宙中大约80%的物质是由未知和不可见的物质组成的。大约 90 年前就已经提出了这种“暗物质”的假设。“这是将星系内可见物质的速度分布与现有知识相协调的唯一方法，”该研究的合著者之一、于利希研究中心核物理研究所副所长、亚琛工业大学教授 Jörg Pretz 解释道。 。“以前未被观测到的‘暗’物质形式必须另外稳定星系。”

自 20 世纪 30 年代以来，物理学家一直在寻找这个问题。科学并不缺乏理论，但尚未有人成功地实际探测到暗物质。“这是因为暗物质的性质仍然完全不清楚，”同样来自于利希核物理研究所的 Volker Hejny 博士说，他和他的同事 Jörg Pretz 一样，都是进行该实验的国际 JEDI 合作组织的成员。JEDI 代表尤利希电偶极矩 自 2011 年以来，参与合作的调查和科学家一直致力于测量带电粒子的电偶极矩。“暗物质不可见，迄今为止仅通过其引力间接显现出来。其作用相对较小，

理论物理学家已经提出了许多可能构成暗物质的假设基本粒子。根据这些粒子的特性，可以使用各种方法来检测它们，这些方法不需要高度复杂的引力效应检测。这些方法包括轴子和类轴子粒子。“最初，轴子的目的是解决量子色动力学强相互作用理论中的问题，”普雷茨解释道。“轴子这个名字可以追溯到诺贝尔物理学奖获得者弗兰克·威尔切克(Frank Wilczek)，指的是一种清洁剂的品牌：可以说，粒子的存在应该‘清理’物理理论。 ”

为了探测轴子，JEDI 合作的科学家们利用了粒子的自旋。“自旋是量子力学的一个独特属性，它使粒子表现得像小条形磁铁，”Hejny 解释道。“例如，这种特性可用于磁共振成像(简称 MRI)的医学成像。作为这个过程的一部分，原子核的自旋受到强外部磁场的激发。”

核磁共振技术也被用来寻找暗物质。在普通 MRI 中，原子处于静止状态，而在加速器中，粒子几乎以光速移动。这使得某些领域的检查更加灵敏，测量更加准确。

在他们的实验中，JEDI 科学家利用了于利希粒子加速器 COSY 的一个特殊功能，即使用偏振光束。“在传统的粒子束中，粒子的自旋指向随机方向，”普雷茨说。“然而，在偏振粒子束中，自旋沿一个方向排列。” 全球只有少数加速器具备此功能。

如果正如科学家们怀疑的那样，轴子背景场围绕着我们，那么这将影响自旋的运动，因此最终可以在实验中检测到。然而，预期的效果很小。测量结果还不够准确。然而，尽管JEDI实验尚未找到暗物质粒子存在的证据，但研究人员已经设法进一步缩小可能的相互作用效应范围。也许更重要的是，他们能够建立一种新的、有前途的方法来寻找暗物质。

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