新研究通過引力波尋找暗物質

一組科學家認為引力波探測器也可以用於尋找宇宙中的暗物質。在科學家多年來嘗試了多種方法而沒有顯著成果的情況下，這提供了一個嶄新的思路。

2021年12月15日發表於《自然》（Nature）期刊的這份研究，是世界上第一個使用引力波探測器尋找暗物質的實驗。

科學家認為暗物質構成宇宙內多達85%的物質，可是至今任何實驗都沒能直接探測到它們。這成了現代物理學上最大的難題之一。

在此之前相當長的時期以來，科學家普遍認為暗物質是由未知的某些基礎粒子組成。可是按照這個思路進行的搜索一無所獲。現在，一些科學家開始考慮暗物質的替代理論。

近期，一種理論提出暗物質可能是一種「標量場」（scalar field），以一種不可見波的形式在各個星系之間——當然包括銀河系在內——來回彈射。既然是不可見波的形式，那麼用近年來精密的引力波探測器，就也能探測到它們的存在。

構想出這項實驗的研究者英國卡迪夫大學（Cardiff University）教授哈特穆特格羅特（Hartmut Grote）說：「雖然這些儀器原本用於探測引力波，但是我們認為它們可能也可以用於探查這種新理論假設下的暗物質。」

用於探測引力波的儀器叫做激光干涉儀。這種儀器發射兩道激光在鏡子之間來自反射，最後在一個探測器上相遇。通過觀察最後兩道激光相遇時同步的情況，能夠精確地了解激光在相遇之前是否遇到任何干擾，而這個「干擾」就與引力波相關。

在這項實驗裏，研究人員認為不可見波形式的暗物質，會造成鏡面的細微振動，這也會影響到激光的傳播。

「標量場暗物質波會穿過地球以及我們的儀器，這將導致鏡面出現細微的振動。」主要研究員桑德維默倫（Sander Vermeulen）說，「從鏡面振動對激光所產生的影響，可以推測出暗物質的特性，我們可以從這裏著手開始分析這種暗物質的確切特徵。」

儘管到目前為止該研究組還沒能探測到明確的「標量場暗物質波」，但是他們相信這項研究在尋找暗物質的道路上邁出了重要的一步。

格羅特說：「我們相信這項新技術有潛力在未來的某個時間點探測到暗物質。」◇

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