作為本世紀(jì)最大的科學(xué)突破之一，引力波探測(cè)背后的技術(shù)，現(xiàn)正被用于尋找難以捉摸的暗物質(zhì)。在近日發(fā)表于《自然》雜志上的一項(xiàng)研究中，由卡迪夫大學(xué)重力探索研究所的科學(xué)家們帶領(lǐng)的一支團(tuán)隊(duì)，詳細(xì)介紹了他們?nèi)绾问褂脻h諾威附近的德-英 GEO600 引力波探測(cè)器的數(shù)據(jù)，來(lái)尋找一種新的暗物質(zhì)。
為 GEO600 探測(cè)器開發(fā)的新技術(shù)，亦被推廣到全球其它此類系統(tǒng)。
雖未開展直接檢測(cè)，但這種獨(dú)特的搜索，還是建立新方法的第一步。通過(guò)排除某些與暗物質(zhì)有關(guān)的理論，研究人員得以改進(jìn)未來(lái)的宇宙成分觀測(cè)。
據(jù)悉，暗物質(zhì)被認(rèn)為占宇宙所有物質(zhì)的 85% 左右，但迄今從未被觀察到。
作為現(xiàn)代物理學(xué)中最大的未解之謎，一些科學(xué)家懷疑這是否與引力效應(yīng)相關(guān)。
例如大量不可見的物質(zhì)可被用于解釋為何星系會(huì)以這樣的形式旋轉(zhuǎn)，及其最初是如何形成的。
直到最近，人們普遍認(rèn)為暗物質(zhì)是由重基本粒子組成的。盡管付出了很多努力，但迄今還是一無(wú)所獲?，F(xiàn)在，科學(xué)家們正轉(zhuǎn)向替代理論來(lái)解釋暗物質(zhì)。
比如最近一個(gè)理論認(rèn)為，暗物質(zhì)實(shí)際上是一種被稱為標(biāo)量場(chǎng)的東西，且其表現(xiàn)形式為在星系(包括我們所在的銀河系)周圍反彈的無(wú)形波。
得益于極其敏感的引力波探測(cè)器，已有多項(xiàng)杰出的發(fā)現(xiàn)得到證明?？茖W(xué)家們相信現(xiàn)有的引力波技術(shù)有真正的潛力來(lái)發(fā)現(xiàn)最終的暗物質(zhì)、乃至找出它是由什么構(gòu)成的。
如上圖所示，該引力波天文臺(tái)位于漢諾威以南 20 公里處，臂長(zhǎng) 600 米。
GEO600 負(fù)責(zé)人、曾于 2009 - 2017 年擔(dān)任首席科學(xué)家、來(lái)自卡迪夫大學(xué)重力探索研究所的 Hartmut Grote 表示：
我們意識(shí)到該儀器可用于尋找這種新型暗物質(zhì)，盡管它們最初是為探測(cè)引力波而設(shè)計(jì)的。
在 GEO600 等激光干涉儀中，激光被分成了兩束。通過(guò)在真空管中傳播數(shù)百米、并在鏡子之間反射，然后在探測(cè)器上相遇。
由此，科學(xué)家們可以非常準(zhǔn)確地測(cè)量光束彼此之間的不同步程度，這本身就是光束遇到的任何干擾的代表。
在引力波探測(cè)中，來(lái)自遙遠(yuǎn)天文事件的時(shí)空漣漪，會(huì)將激光傳播的距離壓縮和拉伸千分之一的質(zhì)子直徑。
而 GEO600 探測(cè)器，就被 AEI 科學(xué)家們用于尋找阿爾伯特·愛因斯坦預(yù)測(cè)的微小時(shí)空漣漪。
作為一款高命令度干涉儀，期間開發(fā)的大部分技術(shù)，也被用到了 LIGO 和 Virgo 引力波探測(cè)項(xiàng)目。
雖然其它探測(cè)器能夠做到對(duì)引力波更加敏感，但 GEO600 的特長(zhǎng)，就是對(duì)標(biāo)量場(chǎng)暗物質(zhì)的影響更加敏感。
同樣來(lái)自卡迪夫大學(xué)的首席研究員 Sander Vermeulen 表示：“標(biāo)量場(chǎng)暗物質(zhì)波將直接穿過(guò)地球和我們的儀器，從而引發(fā)鏡子之類的物體發(fā)生如此輕微的振動(dòng)”。
鏡子振動(dòng)會(huì)以暗物質(zhì)特有的方式，干擾到 GEO600 或 LIGO 探測(cè)器等儀器中的光束。這是我們應(yīng)該能夠探測(cè)到的東西，具體取決于暗物質(zhì)的確切特性。
盡管該團(tuán)隊(duì)未能在這項(xiàng)新研究中開展任何類型的檢測(cè)，但他們表示，他們?cè)趯⑦@項(xiàng)技術(shù)引入暗物質(zhì)搜索方面邁出了重要的第一步，并且縮小了某些參數(shù)、以造福于未來(lái)研究。
Hartmut Grote 指出：
當(dāng)一款儀器最初是為完全不同的目的而建造時(shí)，其對(duì)尋找暗物質(zhì)的敏感度，著實(shí)讓我們感到驚奇不已。
Sander Vermeulen 補(bǔ)充道：
我們已明確排除一些認(rèn)為暗物質(zhì)具有某些特性的理論，從而明晰了未來(lái)的探索方向，我們相信這些新技術(shù)具有在未來(lái)某個(gè)時(shí)候發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的真正潛力。
最后，馬克斯普朗克引力物理研究所(阿爾伯特愛因斯坦研究所)所長(zhǎng)、兼漢諾威萊布尼茨大學(xué)引力物理研究所所長(zhǎng)的 Karsten Danzmann 總結(jié)道：
這項(xiàng)研究的最棒之處，在于再次證明了 GEO600 是一種極其實(shí)用、靈敏、且具有開創(chuàng)性的研究?jī)x器。
