寻找暗物质正在扩大。并且变小。
虽然暗物质在宇宙中盛行 - 它是迄今为止最常见的物质形式，约占宇宙总数的85% - 它也隐藏在明显的视野中。我们还不知道它是由什么组成的，尽管我们可以看到它对已知物质的引力。
理论上弱相互作用的大质量粒子或WIMP已经成为可能包含暗物质的嫌疑人之一，但它们还没有出现在科学家们预期的地方。
铸造许多小网
因此，科学家们正在加倍努力，设计出新的灵活的实验，可以在以前未开发的粒子质量和能量范围内寻找暗物质，并使用以前未经测试的方法。新的方法，而不是依靠一些大型实验的“网”试图捕获一种类型的暗物质，类似于铸造许多较小的网与更细的网格。
与先前的想法相比，暗物质可能更“轻”，或质量更低，能量更小。它可以由称为轴的理论波状超轻粒子组成。它可能是一个充满了许多未被发现的粒子的野生王国。它可能根本不是由粒子组成的。
Momentum一直致力于低质量暗物质实验，这可以扩展我们目前对粒子物理标准模型所体现的物质组成的理解，能源部Lawrence Berkeley的资深科学家和理论物理学家Kathryn Zurek指出国家实验室(伯克利实验室)。
Zurek也是加州大学伯克利分校的附属机构，一直是提出低质量暗物质理论和探测它的可能方法的先驱。
“除了标准模型之外，我们对物理学有什么实验证据?暗物质是最好的物质之一，”她说。Zurek补充说：“这些理论思想已经存在了十年左右。”技术的新发展 - 例如量子传感器和探测器材料的新进展 - 也有助于推动新实验的推动。
“在过去的十年里，这个领域已经成熟并蓬勃发展。它已经成为主流 - 这不再是边缘了，”她说。低质量的暗物质讨论已经从小型会议和研讨会转移到寻找暗物质的整体战略的一个组成部分。
她指出，伯克利实验室和加州大学伯克利分校凭借其在暗物质理论，实验，尖端探测器和目标研发方面的专业知识，准备在这个新兴的暗物质捕获领域产生重大影响。
报告重点需要搜索“轻”暗物质低质量
Zurek和其他伯克利实验室研究人员的暗物质相关研究在美国能源部的报告“黑暗物质小项目新计划的基础研究需求”中得到了强调，该研究基于2018年10月的暗物质高能物理研讨会。Zurek和Dan McKinsey是伯克利实验室的一名高级科学家和加州大学伯克利分校物理学教授，曾担任一个专注于暗物质直接检测技术的研讨会小组的联合主管，该小组对该报告做出了贡献。
该报告建议将重点放在小规模实验上 - 项目成本从200万美元到1500万美元 - 以寻找质量小于质子的暗物质粒子。质子是每个原子核内的亚原子粒子，每个粒子的重量比电子大约多1,850倍。
报告指出，这种新的低质量搜索工作将具有“最终理解宇宙暗物质本质的首要目标”。
麦肯锡说，在相关的努力中，美国能源部今年在5月30日截止日期前征求了关于新暗物质实验的提案，并且伯克利实验室参与了提案过程。
他说，“伯克利是一个暗物质的圣地”，已经准备参与这次扩大搜索。麦肯锡一直参与大型直接探测暗物质实验，包括LUX和LUX-ZEPLIN，并且还致力于低质量暗物质检测技术。
扩展搜索中的3个优先级
该报告强调了寻找低质量暗物质的三个主要优先研究方向，这些方法“需要达到广泛的灵敏度，并且......才能达到不同的关键里程碑”：
创建并检测质子质量和相关力以下的暗物质粒子，利用能够产生高能粒子束的DOE加速器。报告指出，这些实验可能有助于我们了解暗物质的起源并探索其与普通物质的相互作用。
通过与先进的超灵敏探测器的相互作用，探测单个银河系暗物质粒子 - 低至比质子小1万亿倍的质量。该报告指出，已有地下实验区和设备可用于支持这些新实验。
使用先进的超灵敏探测器探测银河暗物质波，重点是所谓的QCD(量子色动力学)轴。理论和技术的进步现在允许科学家在其预期的超远质量范围的整个范围内探测这种类型的基于轴的暗物质的存在，提供“对宇宙起源和法则的最早时刻的一瞥”在超高能量和温度下的自然，“报告指出。
这个轴，如果存在的话，也可以帮助解释与宇宙的强力相关的属性，这个力是将大多数物质保持在一起的 - 例如，它将粒子结合在原子的核中。
在过去的十年中，对暗物质的传统WIMP形式的搜索灵敏度增加了大约1,000倍。
伯克利科学家正在构建原型实验
伯克利实验室和加州大学伯克利分校的研究人员将首先关注液态氦和砷化镓晶体，以寻找加州大学伯克利分校正在开发的原型实验室实验中的低质量暗物质粒子相互作用。
Zurek说：“材料开发也是故事的一部分，并且还在探测器材料中考虑不同类型的激发”。
除了液态氦和砷化镓之外，可以用来检测暗物质粒子的材料是多种多样的，“它们的结构将允许你将不同的暗物质偶联起来，”她说。“我认为目标多样性非常重要。”
预计将在未来几个月内开始的这些实验的目标是开发技术和技术，以便它们可以扩展到其他站点的深层地下实验，这将为粒子的自然淋浴提供额外的屏蔽。从太阳和其他来源下雨的“噪音”。
正在加州大学伯克利分校进行原型实验的麦肯锡说，那里的液氦实验将找出暗物质粒子引起核反冲的任何迹象 - 粒子相互作用使原子核微微震动的过程。研究人员希望可以放大和检测。
其中一项实验旨在测量暗物质相互作用的激发，这种相互作用导致单个氦原子的可测量蒸发。
“如果暗物质粒子散射(在液氦上)，你会得到一团激发，”麦肯锡说。“你可以在表面上获得数百万的激励 - 你会得到一个很大的热量信号。”
他指出，液态氦原子和砷化镓晶体具有的特性可以使它们在粒子相互作用中点亮或“闪烁”。研究人员将首先使用更多传统的光探测器，称为光电倍增管，然后转向更灵敏的下一代探测器。
“基本上，明年我们将研究光信号和热信号，”麦肯锡说。“热与光的比例将让我们了解每个事件是什么。”
这些早期研究将确定测试技术是否可以在提供低噪声环境的其他场所的低质量暗物质检测中有效。“我们认为这将使我们能够探测更低的能量阈值，”他说。
新技术带来的新想法
该报告还指出了寻找低质量暗物质的各种其他方法。
麦肯锡表示，“除此之外，还有大量不同的，酷炫的技术”甚至超出了报告中使用或提出不同方法寻找低质量暗物质的那些技术。它们中的一些依赖于单个粒子光的测量，称为光子，而其他粒子依赖于来自单个原子核或电子的信号，或者称为声子的原子中的非常轻微的集体振动。
该报告不是对现有提案进行排序，而是“将科学理由与可能性和实用性结合起来。我们有动力，因为我们有想法，我们拥有技术。这就是令人兴奋的事情。”
他补充说：“物理学是可能的艺术。”