寻找暗物质的新工具一无所获

即使是穿过地球的最强引力波，由遥远的黑洞碰撞产生，也只能将地球表面的每一英里拉伸和压缩原子直径的千分之一。很难想象时空结构中的这些涟漪有多小，更不用说检测它们了。但在 2016 年，物理学家花了数十年时间建造和微调一种名为激光干涉仪引力波天文台 (LIGO) 的仪器，他们得到了一个。

现在记录了近 100 个引力波，隐形黑洞的景观正在展开。但这只是故事的一部分。

引力波探测器正在接手一些副业。

位于华盛顿汉福德的 LIGO 引力波探测器。

在计算机的帮助下，格罗特的研究生Sander Vermeulen搜索了来自德国 GEO600 引力波探测器的数据，寻找由数百万种不同频率的标量场暗物质产生的干涉模式。他什么也没看到。 “这令人失望，因为如果你确实发现了暗物质，那将是几十年的发现，”Vermeulen 说。

但搜索只是“一次钓鱼探险”，Zurek 说。标量场的频率及其对其他粒子（以及因此分束器）的影响强度几乎可以是任何东西。 GEO600 仅检测特定范围的频率。

因此，GEO600探测器未能发现标量场暗物质并不排除它的存在。 “这更多地证明了我们现在有了一种新工具来寻找暗物质，”格罗特说。 “我们会继续寻找。”他还计划使用干涉仪来搜索轴子，这是另一种流行的暗物质候选者。

与此同时，莱尔斯和他的同事们一直在寻找来自 LIGO 的数据中“暗光子”的迹象， LIGO 在路易斯安那州的利文斯顿和华盛顿的汉福德设有探测器，其合作伙伴是意大利比萨附近的处女座探测器。暗光子是假设的类光粒子，主要与其他暗物质粒子相互作用，但偶尔会撞击正常原子。如果它们都在我们周围，那么在任何特定时刻，它们都会碰巧推动干涉仪中的一面镜子而不是另一面，从而改变手臂的相对长度。 “在一个方向上往往会出现不平衡，只是随机波动，”赖尔斯说。 “所以你试图利用它。”

暗光子波长可以和太阳一样宽，因此任何扰乱汉福德干涉仪反射镜的随机波动都会在近 5000 公里外的利文斯顿探测器上产生相同的影响，并在比萨产生相关影响。但研究人员在数据中没有发现这种相关性。他们去年报告的结果意味着暗光子，如果是真实的，必须比以前允许的弱至少 100 倍。

Adhikari提出，引力波探测器甚至可以找到重达数百公斤的“人类大小”的暗物质粒子。当这些重粒子飞过探测器时，它们会通过引力吸引 LIGO 的镜子和激光束。 “当粒子飞过时，你会看到光束的能量有一点点闪烁，”Adhikari 说。 “整个 L 型探测器就像一张网，可以得到这些粒子。”

这些敏感的仪器还能捕捉到什么？ Adhikari 正在加州理工学院开发一种新型干涉仪，以寻找时空像素化的迹象，正如一些量子引力理论所假设的那样。 “这一直是物理学家的梦想。我们可以在实验室里测量量子引力吗？”传统观点认为，能够探测如此微小距离的探测器将是如此之大，以至于它会在自身重量下坍塌成一个黑洞。然而，Zurek 一直在研究一个想法，该想法可以通过 Adhikari 的装置或在加的夫格罗特实验室的另一个实验来检测量子引力。

在其他量子引力理论中，时空不是像素化的。相反，它是从 2D 量子粒子系统中出现的 3D 全息图。 Zurek 认为这也可以通过引力波探测器探测到。当全息投影到 3D 时，2D 空间中的小量子涨落会被放大，从而可能使时空中的波大到足以让干涉仪拾取。

“当我们开始研究这个时，人们会说：‘你在说什么？你完全疯了，”Zurek 说。 “现在人们开始倾听了。”