大質量弱相互作用粒子
此條目需要擴充。 (2008年9月4日) |
大質量弱相互作用粒子（英語：Weakly interacting massive particles，簡稱WIMP），是一種仍然停留在理論階段的粒子，是暗物質最有希望的候選者，然而最新的科學研究指暗物質的質量應比WIMP小。理論預言這種粒子應該有以下兩個特點：
- 粒子只通過弱核力和引力產生相互作用，或者粒子的相互作用截面小於弱核力作用截面；
- 與普通粒子相比質量較大。
由於它們不參與電磁力作用，因此無法被直接探測到；由於它們不參與強核力作用，因此它們基本上與普通物質不發生相互作用；由於它們較大的質量，因此它們運動的速度相對緩慢，因而能夠成團聚集。根據以上特點，WIMP被認為是最有可能的「冷暗物質」候選者。
現在很多實驗正在尋找在理論上的「大質量弱相互作用粒子」（WIMPS）的粒子，它最有可能是暗物質。各個實驗在地下的那些訂做的設備全都等着一顆「大質量弱相互作用粒子」撞擊原子核並引起一次反彈的時刻的到來。這樣的實驗必須在地下進行，以防止宇宙射線干擾結果。
暗物質的探測實驗
暗物質的探測在當代粒子物理及天體物理領域是一個很熱門的研究領域。對於大質量弱相互作用粒子來說，物理學家可能通過放置在地下實驗室，背景雜訊減少到極低的探測器直接探測大質量弱相互作用粒子，也可以通過地面或太空望遠鏡對這種粒子在星系中心，太陽中心或者地球中心湮滅產生的其他粒子來間接探測。人們也希望歐洲大型強子對撞機或者未來的國際直線加速器中人工創造出這些新粒子來。
對於暗物質的直接探測實驗一般都這設置於地底深處，以排除宇宙射線的背景雜訊。這類的實驗室包括美國的Soudan mine和DUSE、加拿大的SNOLAB地下實驗室、意大利大薩索國家實驗室（Gran Sasso National Laboratory）以及英國的Boulby mine。
目前大部分的實驗使用低溫探測器或惰性液體探測器。低溫探測器是在低於100mK的環境下探射粒子撞擊鍺這類的晶體接收器所產生的熱。惰性液體探測器則是探測液態氙或液態氬中粒子碰撞產生的閃爍。低溫探測實驗包括了CDMS、CRESST、EDEDWEISS及EURECA。惰性液體探測實驗包含了ZEPLIN、XENON、DEAP、ArDM、WARP和LUX。這兩種探測技術都能夠從其他粒子與電子對撞的雜訊中辨識出暗物質與核子的碰撞。其他種類的探測器實驗有SIMPLE和PICASSO。
DAMA/NaI、DAMA/LIBRA實驗探測到一年性的事件數變化[1]，並宣稱此現象是源自於暗物質。（隨着地球繞太陽公轉，探測器與暗物質的相對速度會做小幅度的變化。）目前這個說法並未受到證實，同時也很難與其他實驗的結果不相衝突[2]。
方向性的暗物質探測方式是運用太陽系繞行銀河系的運動。利用低壓TPC，我們可以得知反彈路徑的資訊，並藉此去瞭解WIMP與原子核的作用。從太陽行進方向入射的WIMP訊號可以從各向同性的背景雜訊中分離出來。這類的探測實驗包括有DMTPC、DRIFT、Newage和MIMAC。
2009年12月17日，CDMS的研究團隊發表了兩個可能的WIMP事件。他們估計這兩起事件來自己知背景訊號（中子、錯認的β射線或是伽馬射線）的可能性是23%，並作出了這樣的結論：「這個分析結果無法被視作WIMP的有力證據，但我們不能排除這兩起事件來自WIMP的可能性。」[3]
CoGeNT實驗於2011年5月公佈先前15個月的探測結果，顯示粒子的碰撞率呈現周期性變化，夏天較高而冬天比較低，這可以看作是暗物質存在的證據之一。這個結果支持已經進行了13年的意大利的DAMA/LIBRA暗物質探測實驗。CoGeNT的實驗結果顯示探測到的WIMP的質量是中子質量的5到10倍，與某些實驗不符，但是其他實驗對低能暗物質的探測精度沒有CoGeNT高[4][5]。
相關條目
- 暈族大質量緻密天體（MACHO）
- 希格斯玻色子
- 微型黑洞
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理論上的候選者
實驗項目
參考資料
- ^ A. Drukier, K. Freese, and D. Spergel. Detecting Cold Dark Matter Candidates. Physical Review D. 1986, 33 (12): 3495–3508. Bibcode:1986PhRvD..33.3495D. doi:10.1103/PhysRevD.33.3495.
- ^ R. Bernabei; et al. First results from DAMA/LIBRA and the combined results with DAMA/NaI. Eur. Phys. J. C. 2008, 56 (3): 333–355. arXiv:0804.2741
. doi:10.1140/epjc/s10052-008-0662-y.
- ^ The CDMS Collaboration, Z. Ahmed; et al. Results from the Final Exposure of the CDMS II Experiment. 2009. Bibcode:2010Sci...327.1619C. arXiv:0912.3592 . doi:10.1126/science.1186112.
- ^ 这周发生的暗物质实验争论. [2011-12-31]. （原始內容存檔於2012-09-17）.
- ^ CoGeNT最新的暗物质结果. [2011-12-31]. （原始內容存檔於2012-09-15）.
外部連結
- Particle Data Group review article on WIMP search（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- Timothy J. Sumner, Experimental Searches for Dark Matter in Living Reviews in Relativity, Vol 5, 2002