按照目前的预言,有多少 WIMP
呢? 这个很简单,你在地上放一把,放一把米尺,做一个一平方米
我们大概每秒钟有六亿个 WIMP 会从这个那把尺里面穿过去。
所以下回,下回谁过生日啊,别送什么了,拿一火柴盒上面写着送你一盒 WIMP,拿去吧。
送你一盒中微子也是适用的,我告诉你,送你一盒,两盒。
一个绿的一个红的,挑吧,一盒中微子,一盒 WIMP,拿去吧,就是这个。
但是呢,撞击地球的并不只有 WIMP
和中微子, 还有宇宙线,还有这个高能辐射,这个时候怎么办呢?
这个探测中微子和探测 WIMP 的科学家走了同样的道路。
挖坑,而且得挖深坑。
当然他们不会去为了这个东西去挖这样,这个代价太大。
百分之九十的预算都花在基建里了,怎么办呢?用已经有的这个矿井
盐矿的矿井或者是金矿的矿井,废弃的矿井,在矿井里面做这样的实验。
刚才说了,WIMP 会参与弱相互作用,
这个时候怎么办呢?就是说当外来一个粒子和这个 WIMP 发生碰撞的时候,或者
WIMP 和我的标靶粒子发生碰撞的时候,会把能量传递给另外一个粒子,于是乎呢,目前是怎么-
做的呢? 我取一块晶体,取一块晶体,不用很大,很小也行,因为 WIMP
本身的这个 叫什么,数量很高,放在里面,低温,一定要低温啊,温度高不行,低温,如果有 WIMP 过来打到我这个晶体上面。
跟我晶体里面的这个里面的原子发生碰撞反射的话,我这个原子会发生小小的 振动,对吧!这个振动会使得它升温。
我可以通过测量这个东西来测量是不是有这个东西来到,这个,注意呀,这是很微弱的效应。
所以很难探测,或者说这个,我这个有很多的其他的背景。
这个效应所造成的,比如说噪音造成的,所有有的时候很难区分这样的 事件,所以这个是
WIMP 探测也好,或者是中微子探测也好, 都必须要面对的,怎么把宇宙本身的这个背景噪音给
去掉,这个时候呢有一个实验我很喜欢。
这个很妖娆的一个实验,为什么说很妖娆的实验呢? 这是意大利科学家做的一个实验,想想其实道理很明白。
假设 我们在一个很均匀的由 WIMP 组成的背景里面运动。
就是地球太阳系在这样的一个运动,这个呢是我们的太阳,
太阳,太阳在运动对吧,在绕银河系中心的黑洞运动,这个周期呢差不多是两亿年,两点几亿- 年的样子。
这个时候旁边背景里有 WIMP 粒子,就是这个 暗物质粒子在里面,这个时候太阳在运动的过程中,我们也在运动对吧!我们在地球上嘛。
地球也在运动,在一个椭圆形的轨道上运动。
在下面这个时候呢,地球的速度是往那个方向的。
当地球运行到上面的时候呢,速度是那个方向的,于是乎,你会发现地球在整个一年里面
它的合速度,就是和太阳的运动起来合速度是有一个周年震荡的这样一个
这么一个调制,这个时候呢你会发现这个六月 份探测到的 WIMP,如果有 WIMP
的话六月份探测到的 WIMP 呢 会比较多,十二月份探测到的会比较少,因为速度要合成嘛,
你显然在这个,一会儿再说,这个涨落呢大概是百分之五到百分之十。
这个我先把结论交代,这个如果你不好理解的话,我给你们举一个最简单的例子。
外面下着雨,你往外跑。
问你一个问题,怎么跑呢?以什么速度跑和以什么角度跑你淋到的雨最少?
就是这样的一个问题,就是高中物理竞赛经常或者高中物理经常有的题。
这是一样的,如果有一个均匀的背景 WIMP 在里面,
均匀的背景,然后呢,你在里面运动同时在一个大的速度上面呢你有一个小的调制,对这- 个速度。
于是乎呢,探测到或者撞击到你身上的 WIMP 的数量呢,就会
有变化,很好理解,速度越高,在同样一个这个这个 这个
WIMP 的海洋里面,速度越高你单位时间内被撞击到的概率就越高,对吧。
这个时候整个调制呢有一年的周期叫做周年震荡。
这个实验呢在意大利的这个大山底下做的。
他们明显的看到了周年震荡的这个迹象,这是很好的例子,对吧,完全符合这个概念。
这个在 WIMP 海洋里面的调制,但是,但是
全世界只有意大利科学家做出这个实验,而且他们连续好几年都做出来了,其他人都没有做出- 来这样的实验。
这就是带来一个麻烦,叫什么呢,第一节课我们说叫可重复性,对吧。
不能说只有你看到了,别人看不到,你必须大家都能看到这才证明这叫有周年震荡的迹象。
所以这个实验尽管从概念上很好理解, 这个也很形象,但是只有意大利科学家做出来了,所以
不能作为完全的证据,事实上我给你们举一个例子, 在测量中微子的时候,在测量太阳中微子的时候,
也已经观测到了这样的震荡,为什么呢,因为太阳到地球的距离呀是
随着每年有变化,地球并不在一个圆轨道,在一个椭圆轨道上绕太阳转动。
它时远时近,这个时候中微子,探测到中微子的流量, 是会有调制的,尽管很微小,但是我们已经探测到了,所以这个吻合得很好。
这个不是什么高妙的什么现象,所以这个当 大家看到这样的现象但只有出现在一个探测器上面的时候,这就很郁闷。
本来是个很好的结果,但是实在太郁闷了,这个时候除了 这叫,刚才说的这叫直接探测,我们国家也有啊,好像是在四川的一个什么水坝
下面有这样的直接的暗物质探测的装置,但是呢还有很多人在探测暗物质的
间接证据,这些证据包括什么呢,暗物质,刚才说的 WIMP,它是
自己的反粒子,于是呢,当暗物质和自己相碰撞的时候就会发生湮灭。
湮灭的时候呢就会产生很多次级粒子,什么夸克啊,氢子啊, Bosons啊,这个然后这些粒子呢又会进一步的衰变成
这个正电子,然后呢,γ 光子等等,所以有很多探测器是探测这些东西的,探测这些东西的。
包括我们国家紫金山天文台的这个探测还有其他的像这个 α磁谱仪的探测,还有很多γ
射线望远镜的探测,都是探测这些 次级产物,就还不是 WIMP
本身,是次级产物,这个时候啊, 这个时候风险其实很高,为什么呢?
就像我刚才跟你说的,你现在不单单要依赖于你 对 WIMP
的假设,你还得依赖于它对次级产物产生的假设,对吧,你这个 整个实验的理论建立在很多的假设之上,
万一有一条假设出了问题,你那一篮子的鸡蛋就全砸了。
这个你必须得小心的一件事情是 这个是费米γ射线望远镜,
专门用来探测这个高能的 γ 辐射的,就是这个这个的, γ 射线辐射的。
这个这边的,这边的 γ 射线辐射,还有很多高浓度中微子,中微子怎么探测呢,
也是这样的,这个是一个在南极的,南极的一个天文台。
这个号称是人类目前所建造的最大的天文台,如果你认为它是一个天文台的话,
这个天文台是什么东西呢,其实很简单,这个在冰面上面打洞,
打洞啊,这是一个冰面,在冰面打洞,打完洞之后呢, 把绳子放下去,这个绳子上面挂了很多的这个东西。
这个,就是探测光信号的东西,这个怎么打那几个洞。
拿钻机,不行,拿热水。
拿热水画一个圈,拿热水往里灌,
把那个冰给化了,然后呢,冰给化了然后把那绳索放进去。
据说啊,冰是很好的这个绝缘体,这个热水坑啊,
打完之后三天不会冻上,三天不会冻上,然后你把这个绳索放进去, 这个是它这个整个冰立方的这个剖面图,看到这个标尺没有?
两千多米啊,两千多米,埃菲尔铁塔在这,埃菲尔铁塔的高度是三百多米。
所以整个啊,实验装置有这么大,为什么叫冰立方呢?差不多有一千
有一平方这个,有一立方这个千米的这个冰。
作为这个探测器,基本上绳子要往下放将近两千米啊,两千多米。
这个啊,冰立方在当时做的时候,
这个坑,或者这个洞啊没打那么深,只打到了上面,后来发现有问题,为什么呢?
这个怎么探测呢,当这个中微子入射的时候,高能中微子入射的时候,它在冰里面运动的- 速度啊,
会超过冰里面的光速,这个能明白吧?在 介质里的光速不是什么二九九,七九二,四五八米每秒,是另外一个数字。
但是这个当你这个高能粒子运动的时候,可以比这个速度还要高。
这个时候它会产生切伦科夫辐射,一种蓝色的可能是蓝色的辐射,这些光电倍增管呢就是探测- 这些辐射从
哪个方向来的,能量有多少?当它把它记录下来之后呢就可以反演出这个中微子来的方向,是- 这样的。
这个早些年为什么这个冰层不行呢,当它打到这个的时候,在这边放的时候有问题。
发现这个信号老是很模糊,这个到底哪来的,搞不清楚,为什么呢?
冰里面有气泡,好理解吧,冰里面有气泡。
但是当你把这个管道埋得深了之后呢,你会发现,因为冰本身有重量。
把冰层里的气泡呢,就挤压出去了,这个时候信号就很强就没有问题。
这个切伦科夫辐射是现在很大的这个一个应用,用在很多的高能粒子探测上面。
这个有人曾经预言,如果你作为一个宇航员,飞出地球磁层的话, 你的眼睛里说不定会看到蓝色的光芒,就是因为高能粒子
打到你的眼睛里,你的眼睛主要是晶状体嘛,晶状体里是水。
这个粒子的速度超过了你晶状体里面水的
局部的光速之后就会产生切伦科夫辐射,就会看到这个,这样的现象,打目前人类
没有一个人真正的飞出地球的磁层,进入这么样的一个深度的
行星际空间,所以不知道能不能看到这样的景象,这个是刚才那个。
这个是我们目前对于暗物质的了解,这个是网上的一些这个
材料,你们可以有兴趣去看一下,这是关于粒子探测的,所以还是回到刚才拉姆斯菲尔德的那-
句话,我特喜欢那句话, 那同学也很喜欢,
这个,这就是,这叫什么呢?这就叫职业政治家所说的话,很多人不知道这个。
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