UCLA的物理学家对太空真空环境进行了模拟,以此验证“有理说不清”的太空暗能量理论。我们身体的各种原子和我们在日常生活中遇到的所有物体属于看得见、摸得着的普通物质,而宇宙存在大量我们看不见、摸不着的神秘暗物质和暗能量。暗能量加速了星系之间的分离运动,而暗能量和暗物质共同组成了宇宙的主要成分。年,物理学家提出了暗能量的概念,他们一直在试图解释暗能量的特性,有一种理解认为,暗能量产生了星系分离的推动力,只能在非常低密度的太空测量暗能量的作用,比如:星系之间的低密度太空。
UCLA物理学和天文学的助理教授保罗·汉密尔顿在实验室再造了类似太空的低密度环境,以此精确地测量暗能量的作用力,实验成果解释了暗能量和普通物质的相互作用达到了怎样的强度,在线版杂志《科学》发表了科学团队的实验成果。汉密尔顿将研究的焦点放在特定类型的暗能量场,被称为“变色龙场”的暗能量场的强度由太空环境的物质密度决定,如果证实了暗能量场的推动力,那么这种推动力将是“第5种基本力”的样板或者理想的候选对象。在自然界存在4种已知的基本力,它们分别是引力、电磁力、原子内部的强相互作用和弱相互作用。
过去的实验从未探测到自然的“第5种力”,科学探索使命激发了科学家设想了一种可能,稠密太空区域的变色龙场(比如:地球的大气层)产生了剧烈收缩,暗作用力的大小不可测量。年,宾西法利亚大学的物理学家贾斯丁·库利第一次提出了变色龙场的概念,但直到年,英国物理学家克莱尔·伯雷奇和他的同事找到了一种变色龙场检验的方法,他们在实验室的环境使用了原子,以检验变幻莫测的变色龙能量场。
汉密尔顿以前是UC伯克利分校赫尔加·穆勒实验室的博士后研究员,他现在带领的团队在变色龙场的研究中处于领先地位,团队独立开发了一种在实验中使用原子的方法,以测量非常小的力。对变色龙场微小力的测量涉及到如何复制太空的真空条件,当靠近物质时,变色龙场实质上“躲藏”起来,物理学只有模拟真空室的环境,它的尺寸大体上相当于一个足球的大小,真空室压力相当于我们呼吸的大气压的万亿分之一,团队成员在真空室放置了铯原子,这是一种软金属物质,通过铯原子探测真空场中的力,原子是理想的检测粒子,它们体积非常小,质量非常低。
实验团队在真空室添加了铝球,它们大体上相当于一颗弹子球的大小,添加铝球是为了获得加密物体的功能,变色龙场受到密度物质的挤压,研究人员由此测量出微小的作用力。铯原子被冷却到绝对零度以上十万分之一度的范围,研究人员仍能执行实验操作的指令,他们将近红外线激光束射入真空室,通过激光方法收集数据,铯原子在引力和潜在暗推动力的相互作用下产生了加速运动。研究人员使用了光波,而光波是一把尺子或光波尺,以光波测量了原子的加速运动。
研究人员执行了两次测量过程,一次是当铝球靠近铯原子时,另一次是当铝球远离铯原子时,根据“变色龙理论”的解释,变色龙场引起的原子加速运动有不同的表现,加速度的不同取决于铝球与铯原子之间的距离,而当研究人员改变铝球的位置时,铯原子的加速似乎没有表现出不同,实验结果让研究人员对变色龙场在和普通物质相互作用时表现了怎样的强度有了更好的理解。汉密尔顿的科学团队将会继续使用冷原子进行暗能量理论的实验研究,在下一阶段的实验中探测其它可能的暗能量形态,这些暗能量形态在时间推移之中可能改变了暗作用力的大小。
(编译:-9-1)