超级神冈中微子探测器实验科学家通常是一个忘恩负义的职业。 您读到有关以伟大发现而告终的实验的新闻,但很少有人听说过尚未发现或观察实验目的的实验者的尝试,这些尝试通常是英勇的。
一些尝试已经进行了数十年,看到了世代人的变化,考虑了他们的工时和经验。 但是,缺少结果有时与任何广告发现都具有相同的科学含义:我们了解现实世界中没有的东西,或者了解其中不存在的东西。 另一方面,从任何这些实验中获得某种积极的回应将对我们对宇宙及其在宇宙中的地位产生深刻的影响。
我们为您提供了七个正在进行的实验的列表,这些实验尚未找到所需的。 他们所有人的才华和野心都令人赞叹。 他们尝试继续并支持他们也就不足为奇了。
要了解暗物质,请将一罐液态氙埋在地下
科学家提出了这样一种理论,即暗物质的细丝形成了一个确定的骨架,我们看到的所有星系都固定在该骨架上。 它们中的每一个都被暗物质的光环围绕着,提供了额外的引力,从而解释了恒星如何绕银河系中心旋转。 但是我们还没有直接发现暗物质。 尽管在过去的几十年中进行了许多尝试,以通过与普通物质的极弱相互作用来检测暗物质,但它们都失败了。
在暗物质可以采取的各种形式中,所谓的 弱相互作用的大颗粒(Weimly Interacting Massive Particles,WIMP)代表了粒子物理学专家最有趣的机会之一。
LUX实验位于南达科他州一个前矿山地下一公里多处,有助于提高未能检测到非常高的WIMP的标准。 该设备是一个装有72,000吨高纯水的水库,可过滤掉虚假的宇宙射线。 它的内部是一吨液态氙的三分之一,周围环绕着足够灵敏的传感器,可以检测由于暗物质与氙原子碰撞而发出的光。
LUX无法检测到任何暗物质痕迹导致LUX-Zeplin升级-该实验使用的液态氙几乎是LUX中的20倍。 新实验会发现LUX无法做到的任何事情吗? 显然,自然喜欢嘲笑科学家的希望和期望。
要真正看到大爆炸留下的重力波,请研究不同的频率
大爆炸时代以来的引力波(电磁辐射或光的引力类似物)应该在我们向各个方向观察到的遗迹辐射中留下一个独特的标记,并在爆炸创造了可观察到的宇宙后留下。 它显示出温度和极化的微小波动,同时为我们提供了重力场的照片-宇宙成立了37.9万年-第一个中性氢原子形成了。 该迹线应该是旋转的偏振图像,其技术术语为
B模式 。
BICEP / Keck于2014年宣布发现这种B-mod所带来的喜悦,还为时过早。 似乎是引力波的事实是在高银河纬度上的极化尘埃粒子,能够模拟引力波应显示的相同旋转极化图片。
尽管如此,BICEP组仍更新为
BICEP3配置,该配置由2500个传感器(测辐射热计)组成,这些传感器被设计为以比以前版本低得多的频率监视文物辐射。 使用不同版本的BICEP望远镜进行的十年观测并未导致发现原重力波的B模式,但搜索并没有停止-首先检测它们的竞争只是在升温。
要了解强核和电弱相互作用是否结合在一起,请在光线下寻找“超音速弹出”
粒子物理学
的标准模型是数十年来理论与实验之间相互作用的结晶,从量子力学的诞生到弱核相互作用(对某些类型的放射性衰变负责)和电磁是一种“电弱”相互作用的不同方面的假设。 在
我们看来,电磁相互作用和弱相互作用只是在典型实验室实验的规模上
有所不同 ,因为
希格斯场 -为与之相互作用的粒子提供质量-隐藏了这两种相互作用中固有的对称性。
在标准模型中,还有一个更强的核相互作用,在“大统一”中,它应与电弱相结合,能量要比我们在CERN所能达到的能量高一万亿倍。 他的预言之一是,质子不再稳定,并且可以衰变成其他粒子-
介子和
正电子 -尽管数量很少,因此其半衰期可能是当前宇宙时代的100万亿亿倍以上。
Super Kamiokande-以及计划中的升级版
Hyper Kamiokande-位于日本中部Kamioka实验室山下一公里处。 除其他事项外,该实验还发现了超现实水箱尺寸不切实际时质子衰减极少的迹象。 扫描空间以寻找微弱的闪光(称为Cherenkov辐射),即超音速波普的光学等效物-Super Kamiokande正在寻找质子衰减到其中的高能粒子。
爱达荷州国家实验室先进测试反应堆核心的切伦科夫辐射到目前为止,尚未发现任何东西。 但是计划灵敏度将提高10倍的超级神冈超人应该在2020年开始观测。
要检查超对称性,请探测中子
粒子物理学的标准模型预测,与质子一起构成原子核内含物的中子具有极小的电偶极矩(EDM),这是固定距离,可分开两个相反的电荷。 这是因为它的体积很小,很可能尚未被发现。 但是用
超对称性补充标准模型的理论(一种假设相互作用和物质的等效性)通常预测EDM,比SM预测的大100,000倍。
通过引入对中子EDM大小的限制,可以通过比在对撞机中加速粒子所能实现的更为严格的方法来检查自然界中是否存在超对称性。
CryoEDM实验正试图在法国格勒诺布尔的Laue Langevin研究所进行。 在存在磁场和电场的情况下,观察极慢中子的自旋进动的差异(即在改变旋转轴的方向时),您可以精确地测量中子EDM(如果有),因为
进动速度取决于其存在。
到CryoEDM达到其计算出的灵敏度时,它将能够排除或确认超对称性的存在。 对EDM的观察将是自然界中超对称性的诱人证据,因为标准模型预测的值太小,无法用当前的实验灵敏度进行检测。
看一下重力以发现额外的尺寸。
如果存在其他尺寸,它们会在很小的距离上影响重力的运行。 它们不仅暗示偏离牛顿重力
反平方的通常
定律 ,而且暗示存在在与重力相当的短距离内起作用的新力,这违反了所谓的 等价原理。 该原理假定所有物质-炮弹,苹果-均等地落在给定的引力场中。 额外维度的特征在于,控制额外维度大小的字段模仿重力,但仅在非常短的距离内,同时它们对不同类型的物质也有不同的作用。
科学家建议,其他测量可以采用6维Calabi-Yau流形的形式,这导致了镜像对称的想法尽管爱因斯坦的广义相对论已经在从太阳系到宇宙的尺度上进行了严格的测试,但研究人员才刚刚开始在亚毫米尺度上对其进行测试。
华盛顿大学的Eöt-Wash合作小组(以冯·埃特沃斯男爵的名字命名,他在20世纪初和华盛顿市进行了首次此类实验)使用精确校准的
扭力标尺 ,除了违反法律之外,还在寻找违反等效原则的行为平方反比-接近十万分之一米 迄今为止,尚未发现牛顿定律或等效原理的任何修改,这表明如果存在其他测量值,则它们处于折叠状态的距离将大大小于十分之一微米。
观察宇宙学的“黑暗世纪”,收听微弱的无线电信号
宇宙历史上有一个时代,人们对此知之甚少-这些就是所谓的黑暗世纪。 这是重组后,第一个中性氢原子形成之后,第一个恒星开始发光之前的时代。
氢原子本身不会发出任何特殊的辐射。 但是,就像绕着太阳公转的行星,也绕着太阳轴旋转一样,绕氢核轨道的单个电子围绕着其轴“旋转”,相对于其轨道运动,该轴指向相同或相反的方向。 在后一种情况下,他的精力更少。
在黑暗时代,一小部分的中性氢被残余辐射照亮,被激发并变成具有更高能量和相同方向性的状态。 在这些激发原子转变为具有多向构型的低能态后,它们以1.4 GHz的频率发射信号,该信号对应于波长为21 cm的非常弱的无线电信号。检测到21 cm的背景辐射将使我们能够进入
黑暗时代 。
低频阵列(
LOFAR )是位于欧洲(荷兰大部分地区)的20,000个相位天线的阵列,自2012年起进入太空,以期探测这种微弱的信号。 但是地球以及它所处的银河系都是非常嘈杂的地方,到目前为止,我们还无法检测到来自黑暗时代克服局部噪声的信号。 正在制定创建平方公里阵列(
SKA )国际阵列的雄心勃勃的计划,但是到目前为止,黑暗时代仍然是黑暗的。
要找到外星人,就是别停听
在宇宙中存在令人信服的证据表明存在另一种智能生活将成为我们文明生活的转折点。 包括大量实验在内的集体努力旨在寻找与无线电一样多的智能文明的地外信号。 想法是,人工无线电信号由于其狭窄的频率范围和重复性而可以与自然(天体)资源区分开,就像人类无线电广播一样。 诱人的
候选信号在1977年被发现,尽管此后一直未见,并且不能排除其自然起源的可能性。
波多黎各的阿雷西博天文台参与寻找外星情报SETI实验(搜索地球外智能)是使用各种射电望远镜进行的,其中包括
艾伦的天线阵列 ,该
天线阵列最近配备了通常用于搜索系外行星的技术。 科学家还将她设置为寻找可能的外星
巨结构 ,物理学家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)提出了这种存在。 发达的文明可以建造这样的结构来直接收集恒星能量。 尽管数十年来一直没有发现任何事实,但集体搜寻外星情报的能力现在比以往任何时候都更好。 他们针对亚瑟·克拉克(Arthur Clark)的关切采取了措施,用他的名言表达了自己的想法:“有两种可能性:要么我们独自一人在宇宙中,要么不孤独。 他们俩都同样令人恐惧。”