[2186] Dark Matter

Title Text:To detect dark matter, we just need to build a bird feeder that spins two squirrels around the rim in opposite directions at relativistic speeds and collides them together.

Origin:https://xkcd.com/2186/

https://www.explainxkcd.com/wiki/index.php/2186:_Dark_Matter

梅根(Megan)母球(Cueball)谈论的是暗物质,即星系旋转速度间接观测到的神秘的无形物质。梅根指出,太阳系中暗物质的密度为0.3 GeV / cm 3,例如,天体物理学杂志》上的Bovy和Tremaine(2012)“关于局部暗物质密度”中所述。母球不明白这意味着什么,所以梅根(Megan)解释说,它等同于一只松鼠在地球体积中的暗物质质量。在最后两个面板中,Cueball幽默地将其误解为暗示暗物质实际上是一个或多个松鼠,从而提供了导致松鼠在设计用于阻止它们的鸟类喂食器上旋转,而质量较小的鸟类则不会。这激怒了梅根。

所述gigaelectronvolt(电子伏特)是能量的单元,可以使用转换成质量爱因斯坦的公式 ë = MC 2。它通常用于亚原子粒子,例如弱相互作用的块状粒子(WIMP),这是仍悬而未决的暗物质组成问题的几种竞争可能性之一,而梅根的均匀密度值所暗示的一种构成了其中的大部分。例如,质子的质量为0.938 GeV / 2。但是,通常会省略2分母,以GeV或MeV表示质量。以0.3 GeV表示的质量等于5.35×10 -25[1]。由于地球的体积为1.083×10 27 cm 3梅根的数字暗示,松鼠的质量约为1.3磅(1.083 x 5.35×10 27-25  g = 580 g [2]),这是几种常见动物的典型体重松鼠。

松鼠是xkcd上经常出现的话题,但作为对暗物质组成的科学解释,它并不是WIMP的重要替代品。自2015年9月由激光干涉仪重力波天文台(LIGO)探测到并随后由处女座干涉仪确认来自意想不到的许多合并黑洞的引力波产生的重力远大于恒星坍塌产生的引力波以来,原始黑洞(PBH)成为了WIMP(或松鼠)的流行替代解释,由于多种原因吸引了NASA其他宇宙学家的支持但是PBH仍然存在争议,因为如果它们构成暗物质的一小部分,几乎可以完全排除其他解释。

暗物质观测的其他替代假设,例如涉及引力在不同距离上变化的理论,常常使像梅根那样的宇宙学家感到沮丧,因为它们违反了宇宙论原理以及其他问题。造成这种挫败的部分原因可能是因为,即使经过数十年的精心,极其昂贵且通常是惊人的精美实验,对于暗物质的许多解释或观察结果均未获得直接经验观察的任何支持。

为了解决这个谜团,标题文字设想使用像粒子加速器这样的旋转鸟喂食器,以相对论的速度碰撞松鼠,就像它们是亚原子粒子一样,以探测暗物质粒子,例如CERN加速器发现的希格斯玻色子。(不过,请注意,即使将一只松鼠加速到相对论速度,也将摧毁饲养者以及附近的所有鸟类,更不用说松鼠和周围的城市。[3]

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