來自量子雜誌 (在此處查詢原始報道).
自1998年以來，暗能量一直是宇宙學家“最想了解”的名單上的首位，當時天文學家注意到宇宙的膨脹正在加速而不是減速。導致這一現象的實體——無論它是什麼——一定非常強大，構成了宇宙近70%的成分。英國諾丁漢大學的克萊爾·伯雷奇說，弄清楚這種暗能量的身份“可以說是物理學中最重要的問題”。
現在，一個物理學家團隊沒有使用強大的望遠鏡或衛星，而是使用在桌面上製作的真空室，直接測試了暗能量的一種可能性。
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對暗能量最直接的解釋是，它是空間真空本身固有的能量。在這個模型中，每一茶匙的空間都充滿了相同數量的暗能量，這個值被稱為宇宙常數。但是這個簡單的解決方案有一個主要的缺陷。物理學家對這種能量的最佳計算，被認為是由“虛擬”量子粒子的不斷出現和消失引起的，高估了實際觀測值10120倍。
因此，也許除了宇宙常數之外，可能還存在額外的量子場，稱為標量場，它在空間中的每個點都具有給定的強度，就像到處都存在可測量的溫度一樣。
伯雷奇說：“我們知道在廣義相對論和粒子物理學的標準模型中，沒有對宇宙常數問題的解釋。” “幾乎每次你想超越它，你嘗試引入的新物理都會給你新的標量場。”
標量場可以在場的最低能量或真空狀態下產生暗能量，就像宇宙常數一樣。但是，許多提出的標量場與物質相互作用，這引發了它自身的問題。如果標量場與普通物質（例如構成地球和太陽的物質）相互作用，那麼應該已經在我們自己的太陽系中觀察到它的存在，表現為一種額外的、無法解釋的力，但沒有觀察到。“如果你的暗能量理論告訴你這些額外的標量場存在，你必須解釋為什麼我們沒有看到它們，”伯雷奇說。
一種解決方案是，像變色龍一樣，場會根據周圍環境而變化。這種場在靠近地球等高密度物質附近會產生可忽略不計的影響，在更強大、熟悉的引力作用下不被注意地溜走。但是在星系之間的空間中，它會產生長程引力。（不幸的是，這種引力對於天文學家來說仍然是難以察覺的，因為它會在他們可以追蹤其運動的大型物體周圍消失。）
伯雷奇承認，從基本物理學的角度來看，變色龍模型並沒有特別好的動機，她是在研究生院開始研究它們的，但是由於暗能量提出瞭如此深刻的謎團，物理學家願意考慮任何事情。
去年八月，伯雷奇和她的同事在科學預印本網站arxiv.org上發表了一篇論文，提出了一種為這些狡猾的宇宙變色龍設定陷阱的方法。他們設想了一個大約保齡球大小的真空室，其中心有一個大理石大小的球體。變色龍場（假設它存在）將在真空室的壁附近以及中心球體周圍立即最小化。它們之間的空隙中它的值會更高。這意味著，一個原子（其自身的質量太小而無法消除變色龍場）被放置在真空室內，會根據其在真空室中的位置感受到來自該場的不同力。
雷射脈衝可用於跟蹤原子在真空室中三個不同時刻的運動。如果跟蹤顯示出無法解釋的加速，那可能是由於變色龍場的作用力。“你用光束作為尺子，你只需觀察原子在尺子上移動，” 倫敦帝國學院冷物質中心負責人，也是提出該測試的團隊的首席實驗員艾德·辛茲說。
在設計出變色龍陷阱後，辛茲和他的團隊著手建造它；他預計將在幾個月內獲得第一個結果。但是由加州大學伯克利分校的霍爾格·穆勒領導的其他物理學家已經在他們的實驗室中進行了類似的設定，因此他們在測試中搶先一步，並在2月13日釋出在arxiv.org上的論文中報告了他們的第一個結果，並提交給了一家著名的同行評審期刊。（穆勒拒絕就本文發表評論，因為該期刊的政策禁止他在論文發表前不久直接與媒體交談。）
穆勒的團隊使用銫原子作為測試粒子，發現原子的運動不會隨它們與球體的距離而變化。穆勒在2月23日在哈佛大學的演講中報告說，這排除了大多數可以解釋暗能量的變色龍模型。
辛茲說，結果“完全如我所預料的那樣，所以它不在我的實驗室裡有點令人惱火。” “但我必須說他們做得非常好。” 辛茲認為，該測試可以提高1000倍的靈敏度，使他能夠探測到接近量子力學對引力變得重要的尺度。但他對如何達到目標守口如瓶。“我需要找到某種方法來回擊伯克利的人，”他開玩笑說。
哥倫比亞大學的理論天體物理學家林暉說，這樣的實驗很有趣，但不是因為它們能夠闡明暗能量。這是因為根據變色龍模型，宇宙加速不是由該場的任何偽裝行為引起的，而僅僅是由於其最低能量狀態的值引起的。相反，這些實驗是在“測試變色龍機制”，他說——宇宙可能隱藏著與物質相互作用的未被發現的標量場的普遍想法。
參加了穆勒在哈佛大學演講的哈佛大學物理學家米哈伊爾·盧金說，該方法很有前景。他說，這種高精度儀器應該“真正推動我們對宇宙的理解”，但他補充說，“最重要的是真正觀察到一些東西”，而不是排除模型。
在這一點上，宇宙觀測具有優勢，參加演講的另一位哈佛大學物理學家羅納德·沃爾斯沃思說。“他們實際上已經看到了我們無法解釋的效應，”他說，指的是揭示暗能量的觀測結果。
儘管如此，一些從事宇宙觀測的人對這項新研究印象深刻。“那是一個非常巧妙的想法，”德國海德堡大學的瓦萊裡婭·佩托里諾說。“這與我們過去用於暗能量的其他型別的測試截然不同。” 她領導的一個團隊最近比較了各種暗能量模型的預測與普朗克衛星和其他望遠鏡的觀測結果。來自所有來源的綜合資料揭示了與基於宇宙常數的最簡單暗能量模型的微弱偏差。
南非開普敦大學的阿曼達·維爾特曼說，如果有一天完全排除變色龍模型，“那太好了”。她十多年前共同開發了第一個這樣的模型。“能夠提出一個可以在合理的時間範圍內進行測試和排除的理論，這令人興奮。”
經量子雜誌許可轉載，該雜誌是西蒙斯基金會的一個編輯獨立的部門，其使命是透過報道數學以及物理和生命科學的研究進展和趨勢，來增進公眾對科學的理解。