来自量子杂志 (在此处查找原始报道).
自1998年以来，暗能量一直是宇宙学家“最想了解”的名单上的首位，当时天文学家注意到宇宙的膨胀正在加速而不是减速。导致这一现象的实体——无论它是什么——一定非常强大，构成了宇宙近70%的成分。英国诺丁汉大学的克莱尔·伯雷奇说，弄清楚这种暗能量的身份“可以说是物理学中最重要的问题”。
现在，一个物理学家团队没有使用强大的望远镜或卫星，而是使用在桌面上制作的真空室，直接测试了暗能量的一种可能性。
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对暗能量最直接的解释是，它是空间真空本身固有的能量。在这个模型中，每一茶匙的空间都充满了相同数量的暗能量，这个值被称为宇宙常数。但是这个简单的解决方案有一个主要的缺陷。物理学家对这种能量的最佳计算，被认为是由“虚拟”量子粒子的不断出现和消失引起的，高估了实际观测值10120倍。
因此，也许除了宇宙常数之外，可能还存在额外的量子场，称为标量场，它在空间中的每个点都具有给定的强度，就像到处都存在可测量的温度一样。
伯雷奇说：“我们知道在广义相对论和粒子物理学的标准模型中，没有对宇宙常数问题的解释。” “几乎每次你想超越它，你尝试引入的新物理都会给你新的标量场。”
标量场可以在场的最低能量或真空状态下产生暗能量，就像宇宙常数一样。但是，许多提出的标量场与物质相互作用，这引发了它自身的问题。如果标量场与普通物质（例如构成地球和太阳的物质）相互作用，那么应该已经在我们自己的太阳系中观察到它的存在，表现为一种额外的、无法解释的力，但没有观察到。“如果你的暗能量理论告诉你这些额外的标量场存在，你必须解释为什么我们没有看到它们，”伯雷奇说。
一种解决方案是，像变色龙一样，场会根据周围环境而变化。这种场在靠近地球等高密度物质附近会产生可忽略不计的影响，在更强大、熟悉的引力作用下不被注意地溜走。但是在星系之间的空间中，它会产生长程引力。（不幸的是，这种引力对于天文学家来说仍然是难以察觉的，因为它会在他们可以追踪其运动的大型物体周围消失。）
伯雷奇承认，从基本物理学的角度来看，变色龙模型并没有特别好的动机，她是在研究生院开始研究它们的，但是由于暗能量提出了如此深刻的谜团，物理学家愿意考虑任何事情。
去年八月，伯雷奇和她的同事在科学预印本网站arxiv.org上发表了一篇论文，提出了一种为这些狡猾的宇宙变色龙设置陷阱的方法。他们设想了一个大约保龄球大小的真空室，其中心有一个大理石大小的球体。变色龙场（假设它存在）将在真空室的壁附近以及中心球体周围立即最小化。它们之间的空隙中它的值会更高。这意味着，一个原子（其自身的质量太小而无法消除变色龙场）被放置在真空室内，会根据其在真空室中的位置感受到来自该场的不同力。
激光脉冲可用于跟踪原子在真空室中三个不同时刻的运动。如果跟踪显示出无法解释的加速，那可能是由于变色龙场的作用力。“你用光束作为尺子，你只需观察原子在尺子上移动，” 伦敦帝国学院冷物质中心负责人，也是提出该测试的团队的首席实验员艾德·辛兹说。
在设计出变色龙陷阱后，辛兹和他的团队着手建造它；他预计将在几个月内获得第一个结果。但是由加州大学伯克利分校的霍尔格·穆勒领导的其他物理学家已经在他们的实验室中进行了类似的设置，因此他们在测试中抢先一步，并在2月13日发布在arxiv.org上的论文中报告了他们的第一个结果，并提交给了一家著名的同行评审期刊。（穆勒拒绝就本文发表评论，因为该期刊的政策禁止他在论文发表前不久直接与媒体交谈。）
穆勒的团队使用铯原子作为测试粒子，发现原子的运动不会随它们与球体的距离而变化。穆勒在2月23日在哈佛大学的演讲中报告说，这排除了大多数可以解释暗能量的变色龙模型。
辛兹说，结果“完全如我所预料的那样，所以它不在我的实验室里有点令人恼火。” “但我必须说他们做得非常好。” 辛兹认为，该测试可以提高1000倍的灵敏度，使他能够探测到接近量子力学对引力变得重要的尺度。但他对如何达到目标守口如瓶。“我需要找到某种方法来回击伯克利的人，”他开玩笑说。
哥伦比亚大学的理论天体物理学家林晖说，这样的实验很有趣，但不是因为它们能够阐明暗能量。这是因为根据变色龙模型，宇宙加速不是由该场的任何伪装行为引起的，而仅仅是由于其最低能量状态的值引起的。相反，这些实验是在“测试变色龙机制”，他说——宇宙可能隐藏着与物质相互作用的未被发现的标量场的普遍想法。
参加了穆勒在哈佛大学演讲的哈佛大学物理学家米哈伊尔·卢金说，该方法很有前景。他说，这种高精度仪器应该“真正推动我们对宇宙的理解”，但他补充说，“最重要的是真正观察到一些东西”，而不是排除模型。
在这一点上，宇宙观测具有优势，参加演讲的另一位哈佛大学物理学家罗纳德·沃尔斯沃思说。“他们实际上已经看到了我们无法解释的效应，”他说，指的是揭示暗能量的观测结果。
尽管如此，一些从事宇宙观测的人对这项新研究印象深刻。“那是一个非常巧妙的想法，”德国海德堡大学的瓦莱里娅·佩托里诺说。“这与我们过去用于暗能量的其他类型的测试截然不同。” 她领导的一个团队最近比较了各种暗能量模型的预测与普朗克卫星和其他望远镜的观测结果。来自所有来源的综合数据揭示了与基于宇宙常数的最简单暗能量模型的微弱偏差。
南非开普敦大学的阿曼达·维尔特曼说，如果有一天完全排除变色龙模型，“那太好了”。她十多年前共同开发了第一个这样的模型。“能够提出一个可以在合理的时间范围内进行测试和排除的理论，这令人兴奋。”
经量子杂志许可转载，该杂志是西蒙斯基金会的一个编辑独立的部门，其使命是通过报道数学以及物理和生命科学的研究进展和趋势，来增进公众对科学的理解。