空間探測器取得強相互作用暗物質新約束

中國科學技術大學特任研究員杜佩之與國際合作組合作，利用詹姆斯·韋布空間望遠鏡數據進行強相互作用暗物質直接探測研究，成功克服地面實驗的探測局限，擴寬可探測參數空間達兩個數量級。該研究揭示了空間探測器在強相互作用暗物質探測中的優勢和可行性，為未來空間暗物質探測提供了理論基礎。研究成果日前發表于《物理評論快報》，并被選為編輯推薦文章。

探測暗物質的本質對于完善粒子物理的標準模型、理解宇宙形成與演化至關重要。近三十年來，國內外眾多地面暗物質直接探測實驗在暗物質參數空間探索中作出系列重要貢獻。然而，地面實驗對于強相互作用暗物質存在探測盲區。克服這一探測局限，亟需研發全新探測方法，成為當前暗物質探測的前沿挑戰。

空間探測器因不受地球大氣的阻隔，在探測強相互作用暗物質方面有獨特的優勢。現有的空間探測器中，詹姆斯·韋布空間望遠鏡攜帶紅外探測器，并且噪聲相對較低，因此是探測低質量強相互作用暗物質的良好平臺。

研究團隊選取詹姆斯·韋布空間望遠鏡近紅外譜儀的“暗圖像”進行分析。這類數據因不受外界光源的影響，可以很好地標定環境噪聲，如宇宙射線，以及儀器自身噪聲，并且可能蘊含暗物質的信號。研究團隊提出了新的暗圖像處理方法，有效排除高能事件干擾，得到暗物質的全新約束。此約束填補了地面實驗的探測空白，擴寬可探測參數區間達兩個數量級，并且將宇宙中此類強相互作用暗物質在總暗物質的豐度占比限制為0.4%以下。

研究人員介紹，此次研究揭示了空間探測器探測強相互作用暗物質的獨特優勢以及可行性。研究的分析方法可運用到其他空間望遠鏡數據，進一步探索暗物質未知參數空間，并且為未來空間暗物質探測器的設計及數據處理提供堅實的理論支撐，在暗物質直接探測領域發揮重要作用。

相關論文信息：https://doi.org/10.1103/s2q8-rzb3