反射暗物質：巨鏡將尋找暗物質

在德國，物理學家們重新使用一個巨大的曾經被用作宇宙射線天文臺的原型金屬鏡，來搜尋“隱藏的光子。這些奇異的、迄今為止未被發現的普通光子的近親可以解釋某些暗物質-這種神秘的、不可見的物質似乎佔宇宙物質的85%。

大多數暗物質實驗都試圖探測到大質量弱相互作用粒子(WIMPs)，根據超對稱理論，大質量弱相互作用粒子只能透過弱核力和重力與其他物質相互作用。弱相互作用大質量粒子探測器(WIMP）的目標是捕獲假定粒子與原子核碰撞時釋放出的微量能量——通常在深埋地下的大型探測器中。然而，自第一次這樣的實驗開始以來，大約四分之一個世紀過去了，沒有一個大質量弱相互作用粒子（WIMP）被明確地探測到。

隱藏光子是在粒子物理學標準模型的一些擴充套件中被預測出來的，與弱相互作用大質量粒子不同，它們會與正常物質發生電磁作用。隱藏的光子質量很小，並且被期望在一個類似於中微子振盪的過程中振盪成正常的光子。觀測這種振盪依賴於對極小的電磁訊號敏感的探測器，而且現在已經提出或建立了許多這種極困難的實驗。

許多不同的實驗

加州大學歐文分校的喬納森·馮（Jonathan Feng）說：“在過去的幾年中，對隱藏光子的興趣不斷增長。” 而且，物理學家已經意識到可以建立許多不同種類的實驗來嘗試和檢測隱藏的光子。

現在，巴貝特.德布里希（Babette Döbrich）和德國電子同步加速器研究所(DESY)，還有卡爾斯魯厄理工學院和其他歐洲研究所的同事們正在使用球形金屬鏡的一部分來尋找隱藏的光子。2012年，德國物理學家在一篇名為《用碟形天線搜尋弱相互作用細粒子冷暗物質》（Searching for WISPy Cold Dark Matter with a Dish Antenna）的論文中提出了這一觀點。該方案利用了這樣一個事實，隱藏的光子會與電子相互作用——儘管很微弱——當它們撞擊導體時，它們會使組成的電子振動。這些振動將導致正常光子以與導體表面成直角的方向發射。

球面反射鏡是探測這種光的理想方法，因為發射的光子會集中在球體的中心，而任何從球面反射回來的背景光都會穿過球體表面和中心之間的焦點。放置在中心的接收器可以接收到暗物質產生的光子，如果調節到他們的頻率（與入射的隱藏光子的質量關聯），反射鏡和接收器會盡可能地遮蔽雜散電磁波。

身邊的理想鏡子

對研究小組來說，幸運的是，一個理想的鏡子就在眼前：一個位於卡爾斯魯厄理工學院曾被用在建造皮埃爾-奧格天文臺期間的實驗的13平方米的鋁鏡。多布里奇和他的同事們已經和來自卡爾斯魯厄的幾位研究人員合作，現在他們正透過調整鏡子36片中每一片的位置來準備鏡子，以最小化聚焦波的光斑尺寸來準備反射鏡。對於接收器而言，最可能的初始選擇是一組用於測量可見光的低噪聲光電倍增管，這對應於約1 eV/C2的隱藏光子質量。另一個明顯的選擇是千兆赫茲輻射的接收器，其質量小於0.001 eV / C2; 但是，後一種設定將需要更多的遮蔽。

德國電子同步加速器研究所(DESY)/Karlsruhe實驗-暫時命名為FUNK（尋找一種新型的U）將不是第一個尋找隱藏光子的實驗。位於日內瓦的歐洲核子研究中心實驗室的CERN共振微弱粒子搜尋(CROWS)自2011年開始執行，尋找隱藏的光子和其他低質量暗物質粒子，如軸子。同樣值得關注的還有西雅圖華盛頓大學的軸子暗物質（Axion Dark Matter Experiment)實驗。儘管，正如它的名字所示，這個設施主要是用來探測軸子的，但它仍然可以探測到相互作用強度很低的隱藏光子的存在。德布里希說，與競爭對手相比，FUNK的優勢在於它能夠在相當寬的頻率範圍內工作，而頻率的廣度取決於合適的電磁探測器的可用性和反射鏡的效能。

歐洲核子研究組織（CERN）的弗裡茨·卡斯珀斯（Fritz Caspers）為FUNK的“非常好”的設計表示讚賞，但他擔心在實際操作中要將反射鏡從電磁干擾中遮蔽起來有多困難。他說：“細節決定成敗。”他還想知道，為什麼德布里和他的同事們沒有“直接”使用直徑約100米的射電望遠鏡來尋找發射的無線電頻率輻射，而不是他們將要使用的更小的版本。你可以很容易地在世界上找到更大的鏡子，”他說。多布里奇指出，就光學測量而言，他們的鏡子是一個非常好的選擇。

FY: 雪狼普雅