遠古地球與暗物質發生過碰撞嗎？5億年前的礦物有望揭秘

在地球上被埋了5億年的礦物質可能是解開暗物質第一個證據的關鍵。密歇根大學的一個物理學家小組提出，這些礦物質可能含有早期與暗物質碰撞留下的古代痕迹。該研究小組認為，諸如岩鹽（氯化鈉）和扎布耶石（碳酸鋰）等礦物可以輔助尖端暗物質探測器，來幫助科學家探測暗物質。

什麼是暗物質？

在宇宙的諸多未解之謎中，暗物質是最難以理解的一個。天文學家在研究星系的自轉時推測，星系中隱藏著5倍於普通物質的暗物質，它們提供的引力能夠穩定整個星系。天文學家相信，通過一定方法可以探測到暗物質對星系和星系團的引力效應，但一直以來卻未能找到直接證據，即使暗物質至少佔了宇宙中所有物質的83%。

根據一個廣為接受的假說，暗物質是由大質量弱相互作用粒子（WIMP）組成，它們只能通過引力與普通物質相互作用，它們不會與普通物質產生直接的電磁作用。

天文學家通過建造複雜的暗物質探測器來尋找暗物質粒子與如硅、鍺和碘化鈉等原子的原子核之間的相互作用。這些探測器被埋在地下，以保護它們免於接觸到從太空源源不斷流向地球的宇宙射線。這些宇宙射線會與探測器內部的物質相互作用，干擾對暗物質的搜尋。

到目前為止，只有義大利格蘭薩索國家實驗室的DAMA/LIBRA實驗聲稱已經發現了暗物質。然而，直到今天，這些消息仍未得到有效證實。

大質量弱相互作用粒子的科學研究

在預印論文網站ArXiv上發表的一篇論文中，密歇根大學的物理學家Katherine Freese指出，礦物正是埋藏於地下，因此不需要保護它們遠離宇宙射線。

Freese率領的研究團隊解釋道，如果一個大質量弱相互作用粒子與一個原子的原子核相撞，原子核就會彈回來。這個反彈運動將會在礦物中形成一種痕迹，長度應該在1到1000納米之間。

該研究團隊表示，從地球上提取這些礦物不會非常困難，因為他們可以利用為地質研究人員和石油勘探公司製造的鑽井。獲取到礦物之後，研究人員將需要打破礦物，來研究暴露在外的表面，並尋找原子核與暗物質粒子相撞後反彈回來的痕迹。

高能電子顯微鏡或原子力顯微鏡可以完成這項工作。研究人員表示，雖然X射線掃描儀和紫外線3D掃描儀解析度較低，但也可以使用。

如果研究人員發現了這些碰撞的痕迹，每一種礦物可能會有不同的特徵。這是因為礦物是由多種元素構成，這可以幫助科學家確定在碰撞中涉及的是哪種類型的大質量弱相互作用粒子。Freese解釋道，例如，氯化鈉由鈉和氯組成，所以會從一種礦物中得到多個信號。如果確實找到了一些陽性信號，那麼就能基於鈉和氯的散射模式，來推斷髮生碰撞的是什麼類型的暗物質粒子。

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