科学探索|科学家将引力波探测器技术运用到了新型暗物质的探寻上科学家将引力波探测器技术运

作为本世纪最大的科学突破之一，引力波探测背后的技术，现正被用于寻找难以捉摸的暗物质。在近日发表于《自然》杂志上的一项研究中，由卡迪夫大学重力探索研究所的科学家们带领的一支团队，详细介绍了他们如何使用汉诺威附近的德-英 GEO600 引力波探测器的数据，来寻找一种新的暗物质。

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为 GEO600 探测器开发的新技术，亦被推广到全球其它此类系统。
虽未开展直接检测，但这种独特的搜索，还是建立新方法的第一步。通过排除某些与暗物质有关的理论，研究人员得以改进未来的宇宙成分观测。

据悉，暗物质被认为占宇宙所有物质的 85% 左右，但迄今从未被观察到。
作为现代物理学中最大的未解之谜，一些科学家怀疑这是否与引力效应相关。
例如大量不可见的物质可被用于解释为何星系会以这样的形式旋转，及其最初是如何形成的。

直到最近，人们普遍认为暗物质是由重基本粒子组成的。尽管付出了很多努力，但迄今还是一无所获。现在，科学家们正转向替代理论来解释暗物质。
比如最近一个理论认为，暗物质实际上是一种被称为标量场的东西，且其表现形式为在星系（包括我们所在的银河系）周围反弹的无形波。

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（图自：马克斯普朗克引力物理研究所 / H. Lück / AEI）
得益于极其敏感的引力波探测器，已有多项杰出的发现得到证明。科学家们相信现有的引力波技术有真正的潜力来发现最终的暗物质、乃至找出它是由什么构成的。
如上图所示，该引力波天文台位于汉诺威以南 20 公里处，臂长 600 米。

GEO600 负责人、曾于 2009 - 2017 年担任首席科学家、来自卡迪夫大学重力探索研究所的 Hartmut Grote 表示：
我们意识到该仪器可用于寻找这种新型暗物质，尽管它们最初是为探测引力波而设计的。

在 GEO600 等激光干涉仪中，激光被分成了两束。通过在真空管中传播数百米、并在镜子之间反射，然后在探测器上相遇。
由此，科学家们可以非常准确地测量光束彼此之间的不同步程度，这本身就是光束遇到的任何干扰的代表。

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研究配图 - 1：改进 LPSD 技术调谐 / 预期暗物质线宽 / 典型幅度谱
在引力波探测中，来自遥远天文事件的时空涟漪，会将激光传播的距离压缩和拉伸千分之一的质子直径。
而 GEO600 探测器，就被 AEI 科学家们用于寻找阿尔伯特·爱因斯坦预测的微小时空涟漪。

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研究配图 - 2：基本标量场景中的标量场暗物质的函数约束
作为一款高命令度干涉仪，期间开发的大部分技术，也被用到了 LIGO 和 Virgo 引力波探测项目。
虽然其它探测器能够做到对引力波更加敏感，但 GEO600 的特长，就是对标量场暗物质的影响更加敏感。

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研究配图 - 3：膨胀子/模量和弛豫光晕场景