我们或许时常感叹，我们在天空和日常世界中所能看到的一切，从微小的卫星到巨大的星系，从不起眼的蚂蚁到硕大无比的蓝鲸，只占整个宇宙的5%不到。
其余的宇宙都是“暗”的，或者说是未知的。暗物质占据了宇宙总能量和总物质的约27%，它带来了一种无形的力量将星系和宇宙网结合在一起，而剩下的约68%则被称为暗能量，它通过抵消引力驱动了宇宙的加速膨胀。
尽管这两种成分都是看不见的，但一些科学家认为，我们对暗物质的了解略多一些。早在20世纪20年代科学家便提出了暗物质存在的猜想，而暗能量直到20世纪末才被发现。
目前，一些大型实验的目标是直接探测暗物质，位于意大利亚平宁山脉深处的XENON1T就是其中的著名代表，它也是目前全世界最灵敏的探测器之一。它希望通过寻找暗物质“撞击”普通物质的迹象来直接探测暗物质。但相对来说，暗能量则更加难以捉摸。
研究人员将各种灵敏的传感器与一系列含有液态氙的容器相连。| 图片来源：国际液氙合作组
大约一年前，XENON1T实验报告了超出背景水平的意外信号。当时，对这种奇异现象最令人兴奋的原因解释是太阳产生的轴子。轴子是一种极轻的假想粒子，也是暗物质的候选粒子之一。
但这种解释却经不起观测的考验，因为解释XENON1T信号所需的轴子数量将极大地改变比太阳重得多的恒星演化，而这与目前的观测结果相冲突。
然而，近日一项发表在《物理评论D》上的新研究报道，XENON1T实验的不明原因的结果可能是由暗能量，而不是暗物质引起的。
研究团队构建了一个物理模型来帮助解释这些结果，这些结果有可能来自太阳某个具有强磁场区域产生的暗能量粒子。但这还需要未来更多实验进行确认。研究人员认为，他们的研究可能是迈向直接探测暗能量的重要一步。
为了探测暗能量，科学家通常会寻找引力相互作用，也就是引力吸引物体的方式。在最大尺度上，暗能量的引力效应是排斥的，它将物体彼此拉开，使宇宙膨胀加速。
但我们还远没有完全理解暗能量究竟是什么。大多数关于暗能量的物理模型都会引出所谓第五种力的存在，也就是用我们已知的四种自然力无法解释的部分。
而我们知道，爱因斯坦的引力理论在局域宇宙中非常有效。换句话说，第五种力只能在爱因斯坦引力理论无法解释宇宙加速度的最大尺度上运作，在更小的尺度上，任何与暗能量相关的第五种力都是多余的，它必须被“隐藏”或者“屏蔽”。因此，许多暗能量模型都加入了所谓的屏蔽机制，从而动态地隐藏第五种力。
在这项新研究中，研究人员建立了一个物理模型，它使用了一种称为变色龙屏蔽的机制。变色龙屏蔽可以在非常致密的物体中关闭暗能量粒子的产生，避免了太阳轴子解释中所面临的问题。它还让我们能将在密度极高的局域宇宙中发生的事情，与在密度极低的最大尺度上发生的事情分离开来。
同时模型表明，太阳强磁场中产生的暗能量粒子可以解释XENON1T出现的异常信号。科学家用模型展示了，如果暗能量是在太阳磁场非常强的差旋层中产生的，探测器中会出现怎样的现象。这恰好完美地解释了那些尚不清楚原因的异常信号。换句话说，在这个模型中，这些信号异常可以归因于暗能量，而不是实验最初设计用来探测的暗物质。
这项新研究的计算表明，像XENON1T这样用来探测暗物质的实验，同样可以用来探测暗能量。当然，最初的异常现象仍然需要被令人信服地验证。
用研究人员的话说，他们首先需要知道，这些异常不仅仅只是偶然或意外，并排除掉污染等所有可能的干扰因素。换言之，还需要更多更灵敏的实验来进行确认。
如果这些异常信号真的是暗能量的结果，那么未来升级的XENONnT实验，以及追求类似目标的实验，包括Panda-4T和LUX-ZEPLIN实验，或许都将有机会直接探测到暗能量。
#创作团队：
编译：Måka
#参考来源：
https://www.cam.ac.uk/research/news/have-we-detected-dark-energy-cambridge-scientists-say-its-a-possibility
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.104.063023
#图片来源：
封面来源：betmari / University of Cambridge
发表于 2021-9-19 16:02
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