臭名昭著的暗物质信号可能是由于分析错误

物理学家已经证明，韩国的地下实验可以“看到”暗物质流经地球-或者不，这取决于其数据是如何切片的。这些结果进一步质疑了几十年来的说法，即另一个实验一直在检测这种神秘物质。

最新研究，于8月10日在arXiv预印本服务器上发布1，报告说，通过COSINE-100探测器对某种类型的数据分析会产生季节性波动的结果。物理学家提出了类似的波动作为暗物质的特征，暗物质是看不见但无处不在的物质，被认为在宇宙中的丰富程度是普通物质的五倍。

“如果你应用了错误的方法，你可以看到他们的数据在没有波动的地方，”意大利拉奎拉附近格兰萨索国家实验室的实验粒子物理学家Nicola Rossi说，他在2020年首次提出了这种解释。2.

暗物质信号

二十多年来，现在被称为DAMA/LIBRA的实验，也位于Gran Sasso国家实验室，每年报告其探测器的碘化钠晶体记录的闪光波动。3.这些事件的数量在六月份达到顶峰，并在十二月份触底，就像物理学家所预期的那样，如果暗物质粒子弥漫在银河系中。这是因为，当地球绕太阳公转时，它在银河系中的速度在六月份达到峰值，因此当时来自暗物质晕的更多粒子将撞击DAMA / LIBRA探测器 - 就像当汽车移动得更快时，更多的飞虫撞击汽车的挡风玻璃一样。

但迄今为止，基于各种其他技术的许多其他暗物质实验中，还没有看到与DAMA / LIBRA兼容的信号。因此，为了对这一说法进行最终测试，在2010年代中期，物理学家开始制造由相同类型的碘化钠晶体制成的探测器。其中两项实验的初步结果，韩国的余弦-100襄阳地下实验室和西班牙比利牛斯山脉的Canfranc地下实验室的ANAIS-112，未能重现挡风玻璃效应。

尽管大多数物理学界人士都认为DAMA/LIBRA的结果可能是虚假的，但为什么意大利实验在其记录的事件中会出现周期性的起伏，这个问题仍然存在。多年来，这种合作令人信服地拒绝了许多提出的解释。

更改背景

2020年，在阅读DAMA/LIBRA合作的论文时，罗西和他的同事们注意到，报告的波动只是那些发生在所谓的事件“背景”上的波动，该团队将其视为实验文物，例如实验室或探测器本身的放射性来源。

但是，除非背景在一年中绝对恒定，否则这可能是“一种危险的方法”，罗西和他的合著者写道。挡风玻璃效果应该在背景中添加一个正弦术语。但是，背景建模和减去的精确方式可能会影响数据的解释方式，并可能产生虚假的暗物质信号。

为了减去背景闪光，DAMA / LIBRA团队每年都将它们平均化，这可能会使剩余事件的数量看起来像锯齿波。由于现实生活中的数据点很嘈杂，罗西和他的同事们在2020年的报告中写道，将波动与暗物质预期的正弦波类型混淆可能很容易。研究人员还使用模拟数据表明，如果背景闪光的数量随着时间的推移而缓慢增加，他们可能会产生虚假的暗物质信号。

结果已重新创建

COSINE-100合作现在已经对其晶体收集的真实世界数据进行了类似的分析。“我们可以通过分析生成类似DAMA的信号，但我们的时间是相反的方向，”韩国大田基础科学研究所的物理学家Hyun Su Lee说，他是COSINE-100的联合负责人。换句话说，随着韩国实验的背景自然减少，其“暗物质”数量在12月初左右最高，在6月初左右最低。

这就留下了一个两难境地。暗物质探测器和其他物理实验必须经常与放射性物质中的杂质作斗争，但随着这些物质的老化和放射性同位素的衰变，背景往往会变得更安静，而不是更响亮。“增加背景是相当不自然的，”Lee说。尽管如此，罗西和他的团队认为，一些效应，例如放射性杂质从外部慢慢渗入探测器，原则上可能导致背景效应的增加。

无论哪种方式，数据分析造成了虚假的波动“在我看来，对于DAMA/LIBRA的说法，这是一个潜在的好——甚至可能——的解释”，伊利诺伊州芝加哥大学暗物质理论专家丹·胡珀(Dan Hooper)说。

由于DAMA/LIBRA探测器是几十年前建造的，并且从那以后一直保持在地下，放射性背景比最近建成的实验更稳定，罗马托尔维尔戛塔大学的物理学家，DAMA / LIBRA的发言人丽塔·伯纳贝(Rita Bernabei)说。“如果存在来自下降速率的任何小的假设贡献，它可能会降低观察到的调制幅度，但正如我们观察到的那样，它永远不会产生积极的信号，”她补充道。这次合作还在一篇论文中谴责了罗西小组的论点。4称他们的假设“站不住脚”，他们的结论“毫无价值”。

物理学界一再呼吁DAMA/LIBRA团队披露更多数据，特别是提供闪光总数。伯纳贝说，这“没有增加任何有用的信息”。但增加的透明度可能会对合作有利，Rossi说：如果完整的背景计数在时间上确实是恒定的，这将增加团队看到正弦波动的可信度。“如果DAMA的合作更加开放，这可以在很久以前就弄清楚了，”胡珀说。

与此同时，复制暗物质探测的尝试仍在继续。本月早些时候，ANAIS-112完成了五年的数据收集工作，并正在进行分析，西班牙萨拉戈萨大学的发言人玛丽亚·路易莎·萨尔萨说。这些数据足够敏感，以至于它们可能会以高统计置信度排除DAMA/LIBRA结果。几年后，这种置信度可能会上升到五个标准差，这通常是物理结果被认为是可靠的阈值。

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