陈根：XENON1T实验，可能探测到了暗能量

文|陈根

我们眼睛所能看到的一切，从蚂蚁到大象，从微小的卫星到巨大的星系，大约只占宇宙的5%，剩余的都以黑暗的形式存在。其中，暗物质大约占27%，暗能量占68%。

暗物质（Dark matter）是理论上提出的可能存在于宇宙中的一种不可见的物质，现代天文学通过天体运动、牛顿万有引力现象、引力透镜效应等观测结果表明暗物质可能大量存在于星系、星团及宇宙中。

一种被广泛接受的理论认为，组成暗物质的是“弱相互作用有质量粒子”，其质量和相互作用强度在电弱标度附近，在宇宙膨胀过程中通过热退耦合过程获得观测到的剩余丰度。此外，也有假说认为暗物质是由其他类型的粒子组成的，例如轴子，惰性中微子等。

暗能量则是驱动宇宙运动的一种能量。它和暗物质都不会吸收、反射或者辐射光，所以人类无法直接使用现有的技术进行观测。于是研究测试它们的性质往往十分困难。一直以来，天文学家们都通过观测一些宇宙结构和物质受引力的影响以及能够探测到的辐射来研究其概念。

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。

根据理论，如果暗能量是由与物质和光子耦合的新的光自由度驱动的，那么预计暗能量量子将在太阳中产生。这些量子自由流向地球，在那里可以直接与探测室中标准模型粒子相互作用，提供可以用来测试暗能量的可能性。

研究人员建立了一个物理模型，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精密的物体中关闭暗能量粒子的产生，从而避免了太阳轴子解释中所面临的问题。它还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。

研究结果表明，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。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。