極輕暗物質粒子首次被探測

天文學家通過近一百年來的各項天文學實驗發現，宇宙總組成中約百分之五是正常物質構成，而百分之九十五是由暗物質和暗能量構成，即我們目前所知的物質只佔宇宙總組成的百分之五，佔絕大多數的暗物質與暗能量僅僅從天文學觀測上的角度被間接觀測到。由大瑞士蘇黎世大學和以色列希伯來大學牽頭的研究團隊日前在最新開展的“QROCODILE”實驗中取得重要進展，首次實現對極輕暗物質粒子的探測，設備靈敏度達到迄今最先進水平，為破解宇宙現象打開了新大門。

半個世紀前，天文學家為了解釋星系的旋轉，認為大量證據顯示宇宙中存在一種看不見的物質，這種物質現在被稱為“暗物質”。暗物質既不發光，也不吸收光，天文學家只能通過引力效應推測其存在。研究人員指出，“QROCODILE”是“量子分辨優化低能暗物質冷卻天文台”的縮寫，其核心器件是超導納米線單光子探測器(SNSPD)。研究團隊將這種原本用於量子光學的器件，創新性地應用於暗物質探測。它由極薄的硅化鎢微納線製成，並被冷卻至比絕對零度高○點一攝氏度的溫度。在這種超導狀態下，電子會成對結合形成“庫珀對”，從而讓探測器對極其微弱的能量沉積異常敏感。

研究人員表示，SNSPD在實驗中既是暗物質可能發生碰撞的“靶材料”，也是記錄能量釋放的“感測器”。現階段，該探測器幾乎每天會記錄一次可疑信號，這些信號可能來自宇宙射線、天然放射性或其他效應。憑藉這一技術，QROCODILE實現了低至○點一一電子伏的探測靈敏度，遠低於傳統粒子物理實驗所能探測的能量尺度。這讓研究團隊首次觸及輕暗物質區間，其質量是以往實驗研究物件品質的數千分之一。在超過四百小時的低溫運行中，他們確實記錄到少量異常事件。儘管這些信號尚無法確認是否來自暗物質，但足以對其與電子、原子核的相互作用設定新上限。

研究人員指出，這一實驗的另一潛力在於：它或許能捕捉到入射信號的方向性。理論預測，由於地球在銀河系暗物質暈中運動，暗物質粒子應當主要來自特定方向。如果未來實驗能夠區分入射方向，就有望分辨出真正的暗物質信號，這是實現最終發現的關鍵一步。研究團隊計劃在下一階段啟動“NILE QROCODILE”項目。新實驗將遷至地下，以遮罩宇宙射線干擾，並擴大探測器陣列規模，以便獲得更多鮮為人知的太空罕見數據，解開更多宇宙奧秘。

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