物理学家持续终生寻找暗物质历时90年

弗兰克·阿维尼奥正在寻找暗物质——构成宇宙大部分的神秘物质。

在南卡罗来纳大学的一个实验室中，他展示了他最近在国家科学基金会的支持下修复的一台光谱仪。该设备是 50 多年前为他的实验室购买的，事实证明这正是他最新实验所需要的。

90 岁的阿维尼翁想出了一种方法，利用这种光谱仪来寻找“重惰性中微子”，这是一种可以解决暗物质难题的理论粒子。

“人们正在以各种优雅的方式寻找它，”阿维尼奥说。“但我又回到了贝塔光谱学。”

阿维尼翁的许多同事——甚至他的一些学生——已经退休。但阿维尼翁的好奇心驱使他设计新的实验，寻找更多关于宇宙的奥秘。你可能会说，对于阿维尼翁来说，寻找中微子的糟糕一天胜过打高尔夫球的美好一天。

凝视黑暗

阿维尼翁一生中，科学家们一直在寻找暗物质。1933 年，也就是他出生的那一年，一位天文学家提出，必须存在某种看不见的质量才能产生宇宙中观测到的引力。目前的理论认为，暗物质和暗能量构成了宇宙的 90% 以上。

朝鲜战争结束后，阿维尼翁在佐治亚理工学院学习物理学，然后于 1965 年加入南加州大学任教。他开始与加州物理学家 Fred Reines 合作，后者在萨凡纳河实验室发现了被称为中微子的粒子，位于南卡罗来纳州的皮埃蒙特。

“中微子是宇宙中最多产的基本粒子，”阿维尼奥说。它们在核电站的原子分裂反应以及恒星的聚变反应中释放。研究人员研究它们是为了探索有关宇宙的基本问题，包括反物质和暗物质等谜题。

雷因斯曾经告诉阿维尼奥，“我们应该一直致力于能让某人获得诺贝尔奖的事情。” 他说，即使他们从未取得突破性发现，他们也应该追寻重大问题，为未来的发现奠定基础。

宏大的思维定义了阿维尼奥的职业生涯。20 世纪 80 年代，他在金矿深处进行了第一个暗物质实验，该实验依赖于地球上采集的数据而不是天文观测。在过去的 20 年里，他帮助创建了意大利地下低温实验室，旨在解开中微子的秘密，以了解宇宙为何充满物质。

“我的许多实验都是在这里的一个小实验室开始的，然后在其他地方发展成更大的实验，”阿维尼奥说。

影响一生

阿维尼翁的深远影响与他对待其他科学家的态度有很大关系。

他说：“你应该指导，而不仅仅是教学。”他培养了 29 名南加州大学博士生，另外一名博士生将于 12 月毕业。他担任系主任近 20 年，这让他能够塑造其他教职员工的职业生涯，鼓励他们采取同样的指导方法。

“他喜欢推动年轻人在职业生涯中走得更远，”大约 10 年前开始在 Avignone 担任技术员的凯文·威尔逊 (Kevin Wilson) 说道。看到潜力，阿维尼奥再次招募威尔逊学习物理学，而威尔逊刚刚完成了博士学位。在阿维尼翁的指导下。

“他的热情很有感染力，”耶鲁大学科学家 Karsten Heeger 说，他在华盛顿读研究生时认识了 Avignone，现在在 CUORE 项目上进行合作。“人们喜欢和他一起工作。他建立了一个由他指导和指导的物理学家大家庭。”