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「重力波天文台」或可用於測量暗物質

2018/8/20 — 12:12

重力波天文台 (LIGO)

重力波天文台 (LIGO)

早年激光干涉重力波天文台 (LIGO) 曾多次測量到重力波存在,助證愛因斯坦廣義相對論。除了測量重力波,密歇根大學研究人員於《Physical Review Letters》提出,可利用 LIGO 找出宇宙間的暗物質。

LIGO 擁有兩座重力波探測器,利用簡單光干涉原理,將兩束互相垂直的激光各自沿著 4 公里長的隧道發射,並在隧道盡頭用鏡反射回起點重新結合,形成干涉圖像。密歇根大學研究人員指出,同一個儀器可以在無需修改下,測量暗物質。

暗物質 (dark matter) 是指大量存於宇宙間,只有質量,但不會與光產生交互作用的「物質」。提出以 LIGO 測量暗物質的研究人員指,如果暗物質是由帶有力、類似光子,且質量極低「暗光子 (dark photon)」形成的話,則可假設它們同樣會出現振動背景場 (Oscillating background field) ,而暗光子質量則會決定其振動頻率。

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研究人員舉例,只要在 LIGO 兩個不同位置上放上測試物件,若物件出現振動移位 (displacement) 有差異,此差異則有機會是由暗光子場振盪相對相位引起。也就是說可以以此方法測量暗物質或暗光子存在。

研究隊伍將會繼續研發尋找暗物質的新方法,由此了解暗物質在重力波測量儀器中,會以了解若暗物質存在於附近,它會發出甚麼訊號。最終可以以 LIGO 或未來建立的激光干涉太空天線,測量到暗物質是否存在。 

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參考資料:
Phys.org, Gravitational wave detectors to search for dark matter, 16 August 2018

報告:
Pierce, A., Riles, K., & Zhao, Y. (2018). Searching for Dark Photon Dark Matter with Gravitational-Wave Detectors. Physical Review Letters, 121, 6. DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.061102

文/Edward Ho 、審核/Alan Chiu

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