XENON1T实验揭示了暗能量

暗能量是导致宇宙加速的神秘力量，可能是造成意大利亚平宁山脉下方 XENON1T 实验意外结果的原因。

由剑桥大学研究人员领导并发表在期刊上的一项新研究 身体检查 d，表明意大利 XENON1T 实验的一些无法解释的结果可能是由暗能量引起的，而不是该实验旨在检测的暗物质。

他们建立了一个物理模型来帮助解释这些结果，这可能源于太阳具有强磁场的区域产生的暗能量粒子，尽管需要未来的实验来证实这一解释。 研究人员表示，他们的研究可能是直接探测暗能量的重要一步。

我们的眼睛在天空和日常生活中所能看到的一切——从微小的卫星到巨大的星系，从蚂蚁到蓝鲸——只占宇宙的不到 5%。 其余的都是黑暗的。 大约 27% 是暗物质 – 将星系和宇宙网结合在一起的无形力量 – 而 68% 是暗能量，导致宇宙以加速的速度膨胀。

剑桥卡夫利宇宙学研究所的 Sunny Fagnozzi 博士说：“虽然这两种成分都是不可见的，但我们对暗物质了解很多，早在 1920 年代就有人提出它的存在，而暗能量直到 1998 年才被发现。” . 该论文的第一作者。 “像 XENON1T 这样的大规模实验旨在通过寻找暗物质与普通物质‘碰撞’的迹象来直接探测暗物质，但暗能量更加困难。”

为了发现暗能量，科学家们通常会寻找引力相互作用：引力拉动物体的方式。 而在更大的尺度上，暗能量的引力效应令人厌恶，将事物拉开，使宇宙加速膨胀。

大约一年前，XENON1T 试验报告了超出预期背景的意外或增强的信号。 该研究的合著者、意大利弗拉斯卡蒂国家实验室的研究员 Luca Vecinelli 博士说：“这些类型的滥用通常是有风险的，但它们偶尔也会导致根本性的发现。” “我们发现了一个模型，其中该信号可以归因于暗能量，而不是实验最初设计用来检测的暗物质。”

当时，对增加的最常见解释是在太阳中产生的轴子——假设的超轻粒子。 然而，这种解释并不适用于观测，因为与我们观察到的情况相比，解释 XENON1T 信号所需的轴数量将从根本上改变比太阳重得多的恒星的演化。

我们还远远没有完全理解暗能量是什么，但大多数暗能量的物理模型都会导致所谓的第五力的存在。 宇宙中有四种基本力，任何不能用其中一种力解释的东西有时都被称为未知的第五种力的结果。

然而，我们确实知道爱因斯坦的引力理论在局部宇宙中非常有效。 因此，任何与暗能量相关的第五力都是不可取的，在小尺度上应该被“隐藏”或“检查”，并且只能在爱因斯坦引力理论无法解释宇宙加速度的更大尺度上起作用。 为了隐藏第五力，许多暗能量模型都配备了所谓的屏蔽机制，可以动态地隐藏第五力。

Vagnozzi 及其同事建立了一个物理模型，该模型使用一种称为变色龙外星人的筛选机制，以表明在太阳强磁场中产生的暗能量粒子可以解释 XENON1T 的过剩。

“筛选我们的变色龙可以阻止在非常密集的物体中产生暗能量粒子，避免太阳轴所带来的问题，”Vagnozzi 说。 “它还使我们能够将非常密集的局部宇宙中发生的事情与密度非常低的较大尺度上发生的事情区分开来。”

研究人员使用他们的模型来展示如果暗能量在太阳的特定区域（称为轴速层）产生，探测器中会发生什么，该区域的磁场特别强。

“这种过剩原则上是由暗能量而不是暗物质引起的，这真的令人惊讶，”法格诺齐说。 “当你像这样点击东西时，它真的很特别。”

他们的计算表明，像 XENON1T 这样旨在探测暗物质的实验也可用于探测暗能量。 然而，最初的增长尚未得到令人信服的证实。 “我们首先需要知道这不仅仅是巧合，”Vesinelli 说。 “如果 XENON1T 真的看到了什么，你会期望在未来的试验中再次看到类似的过剩，但这次信号要强得多。”

如果过剩是由暗能量引起的，那么即将升级的 XENON1T 实验以及追求类似目标的实验，例如 LUX-Zeplin 和 PandaX-xT，意味着可以在未来十年内直接检测到暗能量。

参考：“直接探测暗能量：过量 XENON1T 和未来前景”，作者：Sunny Fagnozzi、Luca Vecinelli、Philip Brax、Ann Kristen Davis 和 Jeremy Sachstein，2021 年 9 月 15 日， 身体检查 d.
DOI：10.1103/PhysRevD.104.063023