上海硅酸盐研究所中试基地院士专家工作站——地面站利用铁电材料进行暗物质探测的技术论坛
8月2日,上海硅酸盐研究所中试基地院士专家工作站,开展了地面站利用铁电材料进行暗物质的探测的论坛。顶着上海38°C的酷热,工作站首次邀请了美国加州大学伯克利分校物理系教授Dmitry Budker博士,作了一次“Searching for Dark Mater with Magnetic Resonance”的讲演,同时还邀请了清华大学、四川大学、上海应用物理所等单位科技人员,并对建立地面点利用铁电材料探索暗物质的方案,进行了交叉学科的交流,特别是对Dmitry Budker博士的精彩报告,进行了激烈的质询与认证。
Dmitry Budker博士不仅是美国加州大学伯克利分校的教授,而且还是美国美因茨约翰尼斯古腾堡大学教授、美国劳伦斯国家实验室资深科学家、德国亥姆霍兹美因茨研究所物质-反物质非对称性部门主管、美国物理学会精密测量与基础常数主席。
1915年,爱因斯坦根据他的相对论得出推论:宇宙的形状取决于宇宙质量的多少。如果宇宙是有限封闭的,宇宙中物质平均密度必须达到每立方厘米5×10-30克。但是,迄今可观测到的宇宙的密度,却比这个值小100倍。也就是说,宇宙中的大多数物质“失踪”了,科学家将这种“失踪”的物质叫“暗物质”。人们相信存在着暗物质,但不知道它是什么?如何构成的?因此,国内外许多科学家一直在进行着暗物质的探测。
Dmitry Budker博士在报告中介绍,暗物质最重要的形式之一是轴子(AXION),它是使强相互作用理论更合理而引入的一种基本粒子(理论预言中的粒子,并没有在实验中证实),探测到轴子,就是探测到了暗物质!相关理论认为,轴子具有寿命长、温度低、无碰撞的特性,它是一种非常轻的中性粒子,在大统一理论中起了重要的作用。在宇宙中,轴子处于低温玻色子凝聚状态。
Dmitry Budker博士介绍了一种全新的实验方法进行轴子探测,即宇宙轴子进动实验(CASPEr),它利用核磁共振(NMR)技术测试由暗物质轴子对自旋进动的影响来对暗物质进行探测。在液氦温度和高磁场作用下,具有非常大内电场的铁电单晶,在实验中起着关键的作用。Dmitry Budker博士认为,这是一种不可替代的、高灵敏度的暗物质探测技术。
Dmitry Budker博士希望邀请上海硅酸盐研究所中试基地院士专家参与其国际团队合作项目,期望中国研究人员通过研究影响弛豫铁电单晶的内电场大小的各种因素,包括固溶体组成、多层次结构等的调控,获得最大内建电场的弛豫铁电单晶。在此基础之上,通过CASPEr-Electric方法的国际合作进行暗物质的探测,这是一项冲击诺贝尔奖的重要研究。该参与项目研究还有美国UC Berkeley, Standford、德国HIM(亥姆霍兹美因茨研究所)等5个世界顶尖实验室在内的研究团队。
杨振宁和李政道提出了弱相互作用下宇称不守恒,于1957年获得诺贝尔奖;克罗宁和菲奇在实验发现中性K介子衰变过程中存在电荷共轭宇称对称破缺,发现了弱相互作用下CP对称性破缺,使得二人于1980年诺贝尔奖;小林诚和益川敏英将夸克模型引入粒子物理理论,解释电荷共轭宇称对称破缺,于2008年获得诺贝尔奖。暗物质如果被探测证明存在,可以证明强相互作用下的CP(电荷共轭宇称)对称性破缺这一物理学的最前沿课题−大统一理论,因此,暗物质的探测与发现其意义不亚于最近美国加州理工学院、麻省理工学院以及“激光干涉引力波天文台(LIGO)”的研究人员发现引力波的重大突破。