当暗物质粒子撞击地球时会发生什么？

大量曲折：当宇宙的神秘暗物质粒子撞击地球时，可能会发生这种情况。SDU研究人员现在可以通过模拟显示其外观。

行星不断移动，与无数暗物质碰撞，撞击整个太空。尽管没有人见过这些神秘的粒子，但是物理学家对此毫无疑问。这就是为什么他们在全球范围内安装了探测器，希望只探测其中一个探测器的原因。

暗物质粒子可以穿透所有其他形式的物质，这意味着它们甚至可以穿过我们的星球而不会损失任何能量。另一方面，它们对构成地球的普通物质的影响可能会稍微阻碍它们，导致能量损失。

南丹麦大学宇宙学和粒子物理现象学中心（CP3）的博士生Timon Emken说，我们只是不知道，而且寻找它们绝对不会容易。

科学家在世界上几个地方的地下洞穴中寻找暗物质颗粒。这是桑福德地下研究设施。图片：www.sanfordlab.com。

粒子去哪儿了？

为了了解更多有关暗物质颗粒与正常物质的反应的信息，艾姆肯（Emken）寻求超级计算机的帮助。

结果是一个可以模拟暗物质粒子与地球碰撞的程序。

现在，我可以要求计算机在屏幕上向我显示，当暗物质粒子撞击地球时会发生什么。他解释说，例如，我可以在屏幕上看到粒子从撞击到我们的行星表面到再次离开所走的轨迹。

互动性弱还是强？

该模拟程序已被命名为DaMaSCUS，它为世界各地的物理学家提供了一次测试各种理论的新机会。该程序是免费提供的，其工作已在JCAP杂志上发表。

在标准范例中，暗物质粒子横穿地球，与行星内部原子相互作用的可能性非常低。但是，地下探测器仅能做到这一点，即捕获暗物质粒子与探测器内部原子碰撞的罕见事件。

但是，如果暗物质粒子不遵循标准范式该怎么办？如果它们实际上与普通原子发生足够强的相互作用，从而在它们穿越地球表面并行进地下时失去足够的能量而变得无法检测，该怎么办？CP3的理论物理学家和副教授Chris Kouvaris表示，在那种情况下，我们将永远不会使用标准技术来发现它们。

也许今天的暗物质探测器永远不会捕获暗物质

他目前正在研究的问题之一是，暗物质粒子在横穿地球时会发生明显散射的可能性。Kouvaris和他的博士生Emken使用DaMaSCUS演示了这种情况如何发生。

DaMaSCUS模拟了数十亿个暗物质粒子，这些粒子穿透地球并与地下原子显着散射，每次碰撞后都呈锯齿状弯曲。

如果是这种情况，则暗物质颗粒与原子的地下散射可能使暗物质颗粒损失足够的能量，无法在我们今天部署的地下探测器中检测到。

今天的探测器如何工作？

因此，库瓦里斯（Kouvaris）的建议是采用另一种方法来寻找难以捉摸的粒子。

如今，有许多探测器放置在地球表面以下几公里处，并且有一个非常具体的原因将其放置在地表以下：如果暗物质与普通物质的相互作用较弱（中微子也是如此），只有这两个物种才能在不被阻止的情况下穿透数千米的地壳。

这样做的好处是，深处探测器可以避免信号受到不必要的宇宙和地面辐射以及背景噪声的污染。

为什么他们可能永远不会抓到暗物质

但是，根据克里斯·库瓦里斯（Chris Kouvaris）的说法，如果暗物质是轻质的，则它实际上可能与普通原子发生强烈相互作用，从而在通向探测器的途中损失能量，这会使深处探测器无法捕获它。

他说，在这种情况下，使用地球表面的探测器搜索暗物质信号会更有意义。

为了克服背景噪声的问题，他建议不要试图将暗物质与背景噪声区分开，而应该在表面或低深度探测器中寻找每天变化的信号。

也许我们应该尝试一下

由于地球相对于银河系中心（银河系）运动，因此暗物质主要从一个方向撞击地球。但是，由于地球绕其自身的轴旋转，来自暗物质风向的暗物质粒子在一天的24小时内传播了不同的距离。

地下行进的距离越大，地下散射的可能性越高。这就是造成信号每日变化的原因。利用这种效应的最佳位置是在南半球大约40度的纬度，即在阿根廷，智利和新西兰等国家。

使用DaMaSCUS，Kouvaris和Emken可以精确确定这种每日变化信号的特征（幅度和相位），如果事实确实如此，则可以导致暗物质的发现。

什么样的未来？

克里斯·库瓦里斯（Chris Kouvaris）现在正在与暗物质实验DAMIC合作，该实验具有便携式探测器，可以潜在地用于测试库瓦里斯的理论。在DAMIC的新阶段，便携式探测器的重量为1千克。它由丹麦TOPSIL公司生产的硅制成。

出版物：Timon Emken和Chris Kouvaris，“ DaMaSCUS：地下散射对直接检测浅色暗物质的影响”，JCAP10（2017）031； doi：10.1088 / 1475-7516 / 2017/10/031