科学家们设计了一种3D打印真空系统来探测暗物质和探索暗能量

诺丁汉大学（University of Nottingham）的研究人员开发出一种新方法，利用3D打印真空系统来探测暗物质，并有可能揭示暗能量的本质。该系统操纵气体密度，利用超冷锂原子来探索标量场的影响，旨在观察标量场相变过程中形成的畴壁--缺陷。诺丁汉大学实验室中的激光光子系统。资料来源：诺丁汉大学

物理学院的克莱尔-伯拉格（Clare Burrage）教授是这项研究的主要作者之一，她解释说："我们可以看到它们对宇宙行为的影响，但我们不知道它们是什么。人们试图测量暗物质的一种方法是引入一种叫做标量场的粒子。暗物质是星系中缺失的质量，暗能量可以解释宇宙膨胀加速的原因。我们正在寻找的标量场可能是暗物质，也可能是暗能量。通过引入超冷原子并研究其产生的影响，我们或许能够解释宇宙膨胀加速的原因，以及这是否会对地球产生任何影响。"

研究人员建造三维容器的理论基础是，具有双井电势和直接物质耦合的轻标量场会发生密度驱动的相变，从而形成畴壁。

伯拉格教授继续说道："当密度降低时，就会形成缺陷--这类似于水冻结成冰时，水分子是随机的，当它们冻结时，就会形成晶体结构，分子随机排列，有的排列成一条线，有的排列成另一条线，这就形成了断层。当密度变低时，标量场中也会发生类似的情况。你无法用肉眼看到这些断层线，但如果粒子穿过这些断层线，可能会改变它们的轨迹，这些缺陷就是暗墙，可以证明标量场理论--这些场存在或不存在。"

为了检测这些缺陷或暗壁，研究小组创造了一种特殊设计的真空，他们将在新实验中使用这种真空，模拟从高密度环境到低密度环境的移动。利用新装置，他们将用激光光子把锂原子冷却到接近绝对零度的-273，在这个温度下，锂原子具有量子特性，从而使分析更加精确和可预测。

物理学院副教授露西娅-哈克穆勒（Lucia Hackermueller）领导了实验室实验的设计工作，她解释说："我们用作真空室的 3D 打印容器是根据暗壁的理论计算建造的，这创造了我们认为能够捕获暗物质的理想形状、结构和质地。为了成功证明暗壁已被捕获，我们将让冷原子云穿过这些暗壁。然后，原子云会发生偏转。为了冷却这些原子，我们会向原子发射激光光子，从而降低原子中的能量--这就好比用雪球让大象减速！"

团队花了三年时间建立了这套系统，他们希望在一年内取得成果。

哈克穆勒博士补充说："无论我们是否证明了暗墙的存在，这都将是我们在理解暗能量和暗物质方面迈出的重要一步，也是一个很好的例子，说明如何设计一个控制良好的实验室实验，以直接测量与宇宙相关但无法观测到的效应。"

编译自/ScitechDaily