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阿斯彭的黑暗面

探索关于理解暗物质和暗能量的暗物质部门的最新见解。

作者:Mark Trodden
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正如丹尼尔已经提到的,我最近在阿斯彭度过了一周,参加了一个关于理解暗物质部门:暗物质和暗能量的研讨会,该研讨会是由我与瑞秋·宾卡洛·孔塔尔迪马克·卡米翁科夫斯基约亨·韦勒合作组织的。阿斯彭物理中心是一个很棒的地方。与许多物理学家不同,我不是一个滑雪或徒步爱好者,我更喜欢通过球类运动和健身房来锻炼身体,所以我并不像许多人那样热爱阿斯彭。但我确实很喜欢这个中心,而且我总是在那里进行很棒的物理学交流,学到很多东西,并且能够真正地完成工作。所以,我一直期待着我们的研讨会,而且我一点也没有失望。会议持续了五天。我们在周日抵达,及时注册并参加了晚宴,然后在周一早上正式开始。在许多学术和其他会议中,白天充满了会议,晚上则自由活动。在冬天,阿斯彭的情况有所不同,早上、下午晚些时候和晚上都有会议,而白天中间的时间则是自由的,以便人们可以去滑雪。我们花费的时间与普通会议一样,只是时间分布不同。上周,我没有滑雪真是太好了,因为我把一些重要的截止日期推迟了,以至于我不得不每天下午都工作。不过,工作时我确实有很美的景色!我们的演讲者涵盖了广泛的课题,包括实验、观测和理论,分别讨论了暗物质和宇宙加速,以及它们之间可能的相互作用。我不可能在这里讨论所有的话题或演讲(但你可以看看一个略微过时的节目),但让我挑选一个特别引起我注意的演讲和一个活动。第一天早上,我们开始了一场由道格·芬克拜纳(哈佛大学)发表的精彩演讲,他讨论了他(以及其他人)最近的工作,即构建一个粒子物理模型来解释PAMELA和ATIC的结果。随后,丹·胡珀格雷厄姆·克里布斯就相关课题进行了后续的理论演讲。PAMELA的结果是研讨会上反复出现的主题,在自由时间和晚宴上,人们对结果本身、其解释以及一些小组构建的模型进行了大量讨论。我特别喜欢的一场演讲是格雷格·塔尔(密歇根大学)的演讲,他(原本未计划)就这些相当漂亮的实验声称进行精确测量所面临的巨大挑战发表了演讲。从我的角度来看,格雷格演讲的精彩之处在于,尽管他在后半部分展示了许多实验细节,但他构建前半部分的方式,旨在让理论家在他们因数据而感到兴奋时,牢记一些关键要点。我从中获得的体会是(尽管任何错误自然是我的责任,而不是格雷格的),正如我们之前讨论过的,PAMELA(和早期的HEAT实验)的重大意义在于精确测量宇宙射线正电子的通量。测量这些的关键最大挑战是区分海量的质子背景,因为质子与正电子带电荷相同,并且在宇宙射线中含量丰富。理想情况下,需要能够以 10^-6 的水平拒绝质子信号。如果这样做完全可靠,并且高能谱的急剧上升持续存在,那么我们可能确实看到了暗物质湮灭的信号,或者是一些更平常的现象,比如附近的脉冲星。另一方面,信号也可能是由于质子泄露造成的。显然,弄清楚这一点是粒子识别的关键。格雷格提出的一个警示点是,在PAMELA上,粒子识别完全依赖于量热法。格雷格当然不是说他相信PAMELA信号被污染了,但他确实想指出可能的污染如何导致错误的结果。在演讲中,为了证明这一点,他展示了如何用 3x10^-4 水平的质子污染模型来重现观察到的(高能)效应。但请注意,PAMELA声称质子排斥水平为 10^-5,但至少可以简单了解一个小的误差会产生什么结果。再说一次,我作为一个理论家,对此完全无法评论,而且我的理解是PAMELA实验是一个非常出色的实验。不过,了解可能涉及的问题总是好的。希望FERMI(GLAST)能解决这一切。周二晚上,我们有两个公共活动作为研讨会的一部分。在第一个活动中,粒子现象学家、暗物质专家和杰出作家丹·胡珀和我搭档,在惠勒歌剧院的夹层举办了一场物理咖啡馆。我非常不擅长估算数字,但我估计有五十到一百人,他们是居住在阿斯彭或来访的公众,来向我们提出他们想问的任何关于粒子物理和宇宙学的问题。这非常有趣,我们收到了很多精彩的问题,我个人最喜欢的问题是:“熵与引力有什么关系?”这个问题无法得到一个完整的答案(无论是在公众面前还是在专业上),但这是一个很好的机会来讨论引力对热力学提出的普遍问题。我参加了很多这样的活动,有一件事让我感到惊讶,那就是人们普遍认为科学家对待广义相对论等理论就像接受的智慧一样,不应该对此提出质疑。丹和我不得不费尽周折来解释,科学实际上就是挑战观点,迫使它们经受证据和审查。当然,这并非观众的错,而是反映了我认为科学通常的教学和描绘方式。在此之后,同样在惠勒歌剧院,我新来的同事布弗内什·贾恩爱因斯坦环和巨弧:用引力透镜绘制暗物质图做了一个精彩的公众讲座,听众众多且热情。布弗有一些很棒的动画和电影,还有一些有趣的道具——用于复制引力透镜效应的光学透镜——他出色地完成了讲座。我在研讨会上的演讲是三场演讲的一部分,另外两场是由我的合作者瑞秋·宾和她的学生伊斯特万·拉兹洛发表的。我谈论了与瑞秋和埃纳·弗拉纳根耦合暗物质-暗能量模型中的绝热不稳定性方面的工作,伊斯特万和瑞秋则涵盖了我们三人与弗拉纳根几个月前合著的一篇较长的论文的不同部分,该论文概述了此类耦合的通用约束。说起来,我周三将在宾夕法尼亚州立大学就这个主题做一个讲座,我可能得赶紧把它完成!

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