DAMA “new” results

DAMA finally released their new result after several years of operating the so called LIBRA detector containing 250-kg NaI crystals. And they claim to reconfirm the discovery of dark matter particles in the galactic halo. However, their new result hardly convinces the direct dark matter detection community of their claim. Just some quotes from experts in the field from Nature report, Guardian, and physicsworld.

Tim Sumner (from ZEPLIN experiment): “They’re seeing a signal, there’s no doubt about that”

Gilles Gerbier (from EDELWEISS experiment): “For me, it’s not proof that they have seen dark matter”

Bernard Sadoulet (from CDMS experiment): “it’s certainly not the dark matter we were looking for”

Henrique Araujo (ZEPLIN-III experiment): “No-one disputes that they observe an annual modulation, but the community needs to be persuaded that dark matter has anything to do with it.”

Richard Gaitskell (from CDMS and LUX experiments): “If I could have one thing for Christmas it would be to see clear calibration data showing the necessary stability.”

DAMA has posted two papers on arXiv, one about their experimental apparatus, another on their results. And they have the usual way to defend their results.

Rita Bernabei (DAMA spokesperson): “No other experiment whose result can be directly compared in model independent way is available so far”

I happened to be at LNGS to listen to Bernabei’s talk about their new results here a few days ago. And I would say the annual modulation signal must be something, but it’s definitely not the WIMP that we are looking for.

时光飞逝

小脚真好吃，啧啧, originally uploaded by Kaixuan Ni.

居然一年多没有更新了，都是这个小家伙惹的祸。

dark matter becomes popular

这里有一首dark matter rap，歌词在这里。暗物质的历史用一首五分钟的rap概括，实在高明。

之前还出现过一部叫做dark matter的电影，取材于很多中国留学生都熟悉的卢刚事件。

中微子研究中的一些问题

今天耶鲁的Physics Club由Boris Kayser讲中微子研究中一些尚未解决的问题。正好昨天浏览woit博客时看到一篇Burton Richter展望粒子物理发展的文章，其中提到了中微子研究中的几大问题。总结一下：

第一，是否有第四代中微子，即惰性中微子(sterile neutrinos)的存在？目前只有LSND实验结果显示有sterile neutrino的存在，但是还没有得到MiniBooNE实验的验证（应该结果很快就会出来了）。

第二，的大小，以及CP对称性破却的大小。目前CHOOZ所测量的上限是 < 0.1。Double CHOOZ或者中国的Daya Bay实验有望将这个上限降低一个数量级。

第三，Is mass hierarchy normal or inverted? 中微子的质量，中微子是其本身的反粒子(Majorana neutrino)，或者不是(Dirac neutrino)? 按Boris的报告，中微子质量应该在0.04 – 0.4 eV之间，下限是由决定的，上限是通过宇宙学的估算。如果中微子是Majorana粒子的话，它的质量可以通过“无中微子双衰变”来测量。不过按Burton Richter的说法，如果mass hierarchy是inverted的话，电子中微子质量大于0.05 eV，“无中微子双衰变”还有点希望；如果mass hierarchy是normal的话，中微子质量太小，估计测量起来就太困难了。

Boris还谈了关于CP Violation，see-saw模型和lepongenesis一些东西，还戏说我们都是由中微子来的。可惜没有问他要talk，网上也找不到，只找到两年前他写的一篇文章，内容和今天他的报告差不多，看来中微子研究领域前两年没有大的惊奇。

Dan Hooper 《黑暗的宇宙》

最近看了一本关于宇宙中暗物质和暗能量的科普读物《黑暗的宇宙》，英文原名Dark Cosmos: In Search of Our Universe’s Missing Mass and Energy。作者Dan Hooper是一位很年轻的物理学家，2003年才博士毕业，目前在芝加哥附近的费米实验室就职。他主要从事新物理唯象理论的研究，比如超对称，多维空间理论等。

正因为作者很年轻，他的这本《黑暗的宇宙》才特别体现出年轻人对于科学的兴趣和热情。虽然只有250多页，作者却把暗物质存在的证据，什么是暗物质，怎样来探测暗物质等等解释的通俗易懂。当然对于暗能量的阐释也不逊色。

在英文出版领域，还没有看到过一本介绍暗物质和暗能量的科普读物，更不用说中文出版物了。网上一些谈论暗物质和暗能量的中文文章总是概念混淆，不知所云。要是有人感兴趣把这本《黑暗的宇宙》翻译成中文介绍给中国读者就好了。至少也让中文读者也可以了解一下暗物质和暗能量这两个目前非常热门的物理学研究领域。

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宇宙中暗物质的三维图像

这个星期的Nature杂志刊登了一篇描绘宇宙中暗物质分布三维图像的文章。其中的暗物质分布图是一个叫做COSMOS的小组通过哈勃太空望远镜观察到的数据分析而成的。主要是通过引力透镜的原理来推测出暗物质的质量和分布。根据爱因斯坦的广义相对论，光线在经过引力场时会被折射（类似于放大镜折射光线）。天文学家通过测量光线被折射的强度，推测出引力场，及导致该引力场的物质质量。通过这个方法计算出来的物质质量大大高于通过观察可见光及X射线等测量出来星系中的质量。由此证明这些星系周围存在着大量看不见的质量，通常被称为暗物质。

其实通过引力透镜来推测暗物质的质量及分布已经不是一件新鲜事。最著名的要数一个被称为Abell 2218的星系团显示出来的由引力透镜效应产生的图像。去年也曾有一个小组报道了两个星系团合并导致的暗物质与可见物质分离的奇妙景象。而这周Nature上的研究不仅描绘了更大尺度上暗物质的分布（所覆盖的范围大概有8个全月的大小），而且描绘了三维的分布（额外的一个维度来自于不同的红移，也就是宇宙发展中的不同时间）。这个研究也显示了暗物质在宇宙大尺度结构分布形成中的重要意义。下面的图演示了这个研究的主要结果。YouTube上还有一个动画演示。

更多报道可以参见：

NASA – Hubble Maps the Cosmic Web of ‘Clumpy’ Dark Matter in 3-D
PhysicsWeb – Dark matter map points to galaxy formation

Blogs:

Asymptotia – Dark Matter in 3D
Cosmicvariance – COSMOS Reveals the Cosmos

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粒子天体物理学之2007

2007年第一期Science杂志发表了一些粒子天体物理学领域的观点文章，内容包括暗物质、中微子、高能宇宙射线和Gamma射线等。以往的天文学一般都是通过可见光来观测宇宙中的星系，而如今新型的探测器可以用来探测很多来自宇宙空间的粒子。这些粒子有些能量很大，不可能通过人造的加速器制造出来。对于这些粒子的探测可以用来更加了解宇宙的结构形成，同时对粒子物理的基本模型也提供了很多证据和新的挑战。

2007年也许将是粒子天体物理学更加蓬勃发展的一年，新型的暗物质探测器将在地下实验室运行，大型的中微子探测器将在南极的冰层下采集更多的数据，地表的高能宇宙射线探测器也将对这种超高能量的射线带来更多的信息，高能Gamma射线望远镜也GLAST将在秋季升空。在粒子物理领域，大型重子对撞机LHC也将在年底运行。粒子天体物理学，这一结合了粒子物理和天体物理两个领域的新兴学科将对人类对于大到宇宙，小到基本粒子等方面带来更深刻的了解。让我们拭目以待这些实验的进展。

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物理学家和blog

网络2.0之火越烧越旺，也烧到了物理学工作者身边。英国的physics world杂志最近一期报导了一些关于物理学工作者在blog，social tagging等新鲜事物的看法。有的物理学家认为blog没有任何可看之处，也有的人认为blog给他们的研究和生活带来了很多改变。虽然很多研究物理的人都有看blog的习惯，但真正写的人不多。毕竟每天都要花上个半个小时的时间，不是每个人都能坚持的。

blog到底对研究物理的人有什么益处呢？我觉得一方面他使得研究者的交流对象大大增多。我们可以把blog看成一个研究者做报告，写论文以外的另一个表达方式。有什么新的观点，或者看到什么新的论文，都可以写到blog上。读blog的人很多都会留言，问问题，或者提建议。以此完成交流。另外，blog也可以使研究者从闭塞的自我空间走出去，看看自己的同行最近都在读些什么，做些什么（如果这位同行写blog的话）。网络给了我们更方便的交流方式，应该要好好利用。传统的通过会议，发表论文的交流方式不仅受时间、地点的限制，而且交流的人数也有限。也许将来，我们做研究的都不用在正式期刊上发表文章了，好的观点都可以在blog上发表。

当然，一个好的观点，一篇好的论文，不是一天两天就能完成的。blog的方便快捷也使它充满了各样垃圾文章，如何从这大量的“垃圾”中寻找有用的东西，就看读blog的人的本事了。一些浏览量比较大，也算如今物理学家blog中精品的网站在physicsweb这篇文章中有介绍。可惜中文的物理学家的blog寥寥无几，也许大家都习惯了用英文写论文，所以用中文来记录感觉比较别扭吧。不过也有几个比较popular的，比如博客李淼。中文物理博客里还有一个《格志》，是个群体博客，名字挺好，只是还需要时间慢慢壮大吧。我曾经也在blog刚刚开始的时候在当时也算中国最早的几个blog服务提供网站之一的blogbus上尝试过一个物理博客。但后来因连接速度太慢不得不放弃了。

其实，blog也可以用来作为研究者自己记录研究经验的网络笔记，它的搜索功能，利于和同行或合作者交流的本性，以及每个笔记书写都有时间记录，可以给研究带来很大帮助。我最早的一个研究blog开始与2003年12月份，还是用的MovableType在实验室的机子上架设的，到如今我们一起做实验的合作者里大概有十来位都有自己的研究blog，当然软件早就换成了WordPress。

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实验室里的放射性

做实验常常要用到放射性元素，主要是Gamma射线和中子。家人时常担心，也不是没有道理。这也是做实验物理比理论物理危险的一个原因吧（尽管当代的理论物理学家有可能在电脑面前坐久了腰酸背疼，呵呵）。为了不让他们担心，干脆计算个数字。很多地方都有放射性安全指南，比如这里这个Princeton大学的。人体每年接受的辐射剂量不得超过5000 mRem（mRem是剂量单位），也就是说不得超过0.6 mRem/hr （mRem／小时）。作为参考，普通人受到的辐射剂量是100 mRem/year（0.01 mRem/hr）。

下面估算一下咱实验室里的“危险度”吧。通常能够在实验室里随便使用的Gamma射线源Cs-137不会超过0.01mCi。对于这种放射源，在30cm以外人体接收到的剂量大概是3.5 mRem/hr/mCi（如果你用手拿那个放射源的话，把手伸直大概就是30cm，不要把放射源放在胸前！）。0.01mCi的Cs-137所产生的剂量只有0.035 mRem/hr，大大小于上面的0.6 mRem/hr。

再说说中子源，有时候做实验会用到1000,000个中子每秒的快中子源。对于这种中子源，人体接收的剂量在1米以外大概是2.2 mRem/hr。这个量有点高，所以要尽量离这种强度的中子源远一点，在3米以外就只有0.22 mRem/hr了。当然如果中间有屏蔽的话就更不用担心了。

当然，以上的估算都假定你一年的时间里不吃不喝不睡，全都呆在实验室做这个有放射性元素的实验。也许居里夫人也不会这么疯狂吧。

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德国街道上的巨型谱仪

在Backreaction上看到一张照片，是一个叫做KATRIN的实验的巨型谱仪被运往其实验所在地的情形。KATRIN是一个通过氚元素的beta衰变（tritium beta decay）来测量电子中微子质量的实验，全称是KArlsruhe TRItium Neutrino experiment。这个实验期望能测量到大于0.2eV的中微子质量。

还有一种可以用来测量中微子质量的实验叫做“无中微子双beta衰变”（neutrinoless double beta decay），比如美国的EXO（Enriched Xenon Observatory）实验将利用Xe-136元素的双beta衰变来寻找是否有“无中微子”的衰变发生。如果这种衰变确实发生，那说明中微子是其本身的反粒子，由此可以来测量中微子的质量。EXO期望能把中微子质量的测量达到0.01eV。

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