反射暗物质：巨镜将寻找暗物质
在德国，物理学家们重新使用一个巨大的曾经被用作宇宙射线天文台的原型金属镜，来搜寻“隐藏的光子。这些奇异的、迄今为止未被发现的普通光子的近亲可以解释某些暗物质-这种神秘的、不可见的物质似乎占宇宙物质的85%。
大多数暗物质实验都试图探测到大质量弱相互作用粒子(WIMPs)，根据超对称理论，大质量弱相互作用粒子只能通过弱核力和重力与其他物质相互作用。弱相互作用大质量粒子探测器(WIMP）的目标是捕获假定粒子与原子核碰撞时释放出的微量能量——通常在深埋地下的大型探测器中。然而，自第一次这样的实验开始以来，大约四分之一个世纪过去了，没有一个大质量弱相互作用粒子（WIMP）被明确地探测到。
隐藏光子是在粒子物理学标准模型的一些扩展中被预测出来的，与弱相互作用大质量粒子不同，它们会与正常物质发生电磁作用。隐藏的光子质量很小，并且被期望在一个类似于中微子振荡的过程中振荡成正常的光子。观测这种振荡依赖于对极小的电磁信号敏感的探测器，而且现在已经提出或建立了许多这种极困难的实验。
许多不同的实验
加州大学欧文分校的乔纳森·冯（Jonathan Feng）说：“在过去的几年中，对隐藏光子的兴趣不断增长。” 而且，物理学家已经意识到可以建立许多不同种类的实验来尝试和检测隐藏的光子。
现在，巴贝特.德布里希（Babette D?brich）和德国电子同步加速器研究所(DESY)，还有卡尔斯鲁厄理工学院和其他欧洲研究所的同事们正在使用球形金属镜的一部分来寻找隐藏的光子。2012年，德国物理学家在一篇名为《用碟形天线搜寻弱相互作用细粒子冷暗物质》（Searching for WISPy Cold Dark Matter with a Dish Antenna）的论文中提出了这一观点。该方案利用了这样一个事实，隐藏的光子会与电子相互作用——尽管很微弱——当它们撞击导体时，它们会使组成的电子振动。这些振动将导致正常光子以与导体表面成直角的方向发射。
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球面反射镜是探测这种光的理想方法，因为发射的光子会集中在球体的中心，而任何从球面反射回来的背景光都会穿过球体表面和中心之间的焦点。放置在中心的接收器可以接收到暗物质产生的光子，如果调节到他们的频率（与入射的隐藏光子的质量关联），反射镜和接收器会尽可能地屏蔽杂散电磁波。
身边的理想镜子
对研究小组来说，幸运的是，一个理想的镜子就在眼前：一个位于卡尔斯鲁厄理工学院曾被用在建造皮埃尔-奥格天文台期间的实验的13平方米的铝镜。多布里奇和他的同事们已经和来自卡尔斯鲁厄的几位研究人员合作，现在他们正通过调整镜子36片中每一片的位置来准备镜子，以最小化聚焦波的光斑尺寸来准备反射镜。对于接收器而言，最可能的初始选择是一组用于测量可见光的低噪声光电倍增管，这对应于约1eV/C2的隐藏光子质量。另一个明显的选择是千兆赫兹辐射的接收器，其质量小于0.001 eV / C2; 但是，后一种设置将需要更多的屏蔽。
德国电子同步加速器研究所(DESY)/Karlsruhe实验-暂时命名为FUNK（寻找一种新型的U）将不是第一个寻找隐藏光子的实验。位于日内瓦的欧洲核子研究中心实验室的CERN共振微弱粒子搜索(CROWS)自2011年开始运行，寻找隐藏的光子和其他低质量暗物质粒子，如轴子。同样值得关注的还有西雅图华盛顿大学的轴子暗物质（Axion Dark Matter Experiment)实验。尽管，正如它的名字所示，这个设施主要是用来探测轴子的，但它仍然可以探测到相互作用强度很低的隐藏光子的存在。德布里希说，与竞争对手相比，FUNK的优势在于它能够在相当宽的频率范围内工作，而频率的广度取决于合适的电磁探测器的可用性和反射镜的性能。
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欧洲核子研究组织（CERN）的弗里茨·卡斯珀斯（Fritz Caspers）为FUNK的“非常好”的设计表示赞赏，但他担心在实际操作中要将反射镜从电磁干扰中屏蔽起来有多困难。他说：“细节决定成败。”他还想知道，为什么德布里和他的同事们没有“直接”使用直径约100米的射电望远镜来寻找发射的无线电频率辐射，而不是他们将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镜子，”他说。多布里奇指出，就光学测量而言，他们的镜子是一个非常好的选择。
作者: Edwin Cartlidge
FY: 雪狼普雅
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