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加州大学洛杉矶分校物理学家利用冷原子探测黑暗能量

1970-01-01 作者:admin   |   浏览(0)

em一组物理学家复制了低密度的空间条件,以精确测量暗能量,帮助揭示暗能量与正常物质相互作用的强度。 / em

除了构成我们身体的原子和我们在日常生活中遇到的所有物体之外,宇宙还包含神秘的暗物质和暗能量。后者导致星系相互加速,构成宇宙大部分的能量和质量。

自从1998年发现黑暗能源以来,科学家一直在提出理论来解释它 - 其中之一就是黑暗能量产生的力量只能在空间密度非常低的情况下才能测量,就像星系之间的区域一样。

加州大学洛杉矶分校物理与天文学助理教授保罗·汉密尔顿重现了低密度的空间条件,以精确测量这种力量。他的发现帮助揭示了黑暗能量与正常物质的相互作用有多强,8月21日出现在科学杂志的在线版本中。

汉密尔顿的研究重点在于寻找被称为“变色龙领域”的特定类型的暗能量场,其展现的力量取决于其周围环境的密度。如果这个力量被证明存在,那么这个力量就是所谓的“第五力量”的一个例子,它超出了四种已知的重力,电磁力和在原子内作用的强力和弱力。

但这第五种力量在实验室实验中从未被发现,这促使物理学家提出,当变色龙领域处于密集的空间区域 - 例如地球大气 - 时,它们缩小得如此巨大以至于变得无法估量。

2004年,美国宾夕法尼亚大学物理学家Justin Khoury和科学论文的合着者首次推测变色龙领域,但直到2014年,英国物理学家Clare Burrage及其同事提出了一种方法来测试他们在实验室中的存在,原子。

当时,汉密尔顿是HolgerMüller加州大学伯克利分校实验室的博士后研究员。他的团队在调查变色龙领域方面已经有了一个良好的开端:他们独立开发了一个利用原子来测量小力量的实验。

汉密尔顿解释说,探测变色龙的力量需要复制空间的真空,因为当它们接近质量时,这些田地基本上隐藏起来。所以物理学家们建立了一个真空室,大小约为足球的大小,其中压力是我们平常呼吸的大气的一万亿分之一。研究人员将铯原子(一种软金属)插入真空室以检测力。

“原子是完美的测试粒子;他们体重不重,而且很小,“汉密尔顿说。

他们还在真空室中加入了一个大致等于大理石大小的铝球,这个大理石作为一个密集的物体来压制变色龙领域,并允许研究人员测量小的力量。然后将原子冷却到绝对零度以上百万分之一的范围内,以便让科学家们继续进行实验。

汉密尔顿和他的团队通过将近红外激光照射到真空室中并测量铯原子如何由于重力和潜在的另一种力而加速来收集数据。

“我们用光波作为衡量原子加速度的标尺,”汉密尔顿说。

这种测量进行了两次:一次是当铝球靠近原子时,一次是离原子越远。根据科学理论,变色龙领域将会导致原子的加速速度取决于球体有多远。

研究人员发现,当改变铝球的位置时,铯原子的加速度没有差别。因此,研究人员现在对变色龙场与正常物质的相互作用有了更好的了解,但汉密尔顿将继续使用冷原子来研究暗能量理论。他的下一个实验将致力于探测造成随时间变化的力的其他可能的暗能量形式。

该研究的共同作者是Müller,博士后研究员Philipp Haslinger,研究生Matt Jaffe和大学生Quinn Simmons,加州大学伯克利分校。

该研究得到了David和Lucile Packard基金会,DARPA,国家科学基金会,NASA和奥地利科学基金的支持。

出版物:P.Hamilton等人,“Atom-interferometry constraints on dark energy,”Science 21 August 2015:Vol。 349没有。 6250第849-851页; DOI:10.1126 / science.aaa8883

资料来源:加州大学洛杉矶分校新闻Katherine Kornei