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科学家们为了寻找暗光子，使用了正电子轰击了钻石
我们所知的宇宙只是冰山一角，它只包括了宇宙中全部物质的百分之五。那么，剩下的百分之九十五呢？它们在哪里？为什么我们看不见它们？它们又是由什么构成的呢？这些问题困扰着物理学家多年，他们称这些缺失的物质为暗物质。暗物质是一种神秘的物质，它不会发光，也不会与光或其他电磁辐射发生相互作用，因此我们无法用传统的方法直接探测到它。但是，暗物质却有着巨大的引力，它可以影响我们所能看到的那部分物质的运动和形态。通过观测星系、星系团、宇宙微波背景辐射等天文现象，我们可以间接地感知到暗物质的存在和分布。
暗物质到底是什么呢？它是由什么样的粒子组成的呢？这些粒子又是如何与我们熟知的物质相互作用的呢？这些问题至今没有明确的答案，但有许多理论和实验正在尝试解开这些谜团。
其中一个有趣的尝试是由意大利国家核物理研究所开展的 PADME 实验，它试图用一种假想的粒子——暗光子，作为钥匙，打开暗物质的世界。暗光子是普通光子的暗物质版本，它只与带电的暗物质粒子发生相互作用，而与普通物质几乎没有交流。如果暗光子真的存在，它将为宇宙第五种基本力提供证据，这将是物理学界的一大新闻。
为了寻找暗光子，PADME 实验利用了一束高能的正电子，它是电子的反物质版本。正电子被射向一个薄薄的钻石靶，与钻石中的电子相撞后，会相互湮灭，产生一对普通光子。这是正常的物理过程，但如果暗光子真的存在，那么每隔一段时间，正电子-电子湮灭就会产生一个暗光子和一个普通光子。这种相互作用不会产生两个普通光子，而是会同时产生一个暗光子和一个普通光子。这样，就会有一个光子的能量消失了，因为它已经进入了暗物质的领域。PADME 实验就是通过检测这种能量的缺失，来寻找暗光子的存在，并测量出它的质量（与普通光子不同，暗光子具有质量）。
如果 PADME 实验能够成功地发现暗光子，那么它不仅是一种新粒子的证据，也是一种全新力量的证据。在我们所知的宇宙中，有四种基本力量：电磁力、弱力、强力和引力。电磁力携带光能，将原子与其他原子结合在一起（正如《卫报》所指出的，这是你不会从椅子上摔下来的原因）。弱力会导致原子散开和衰变。强力是维持原子核稳定的力量。引力是我们能探测到的第四种力，它把你固定在地球上，并支配着宇宙的运动。如果暗光子存在，那么它们将完全是第五种力的表现形式——一种在我们的主流宇宙模型中不存在的力：暗电磁力。如果暗光子在 PADME 实验中出现（这是一个很大的“如果”，过去对暗光子的搜寻一无所获），那么就真的到了重写物理学教科书的时候了。
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快照生成时间：2024-02-02 12:45:18
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