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暗物质有可能消失吗?可能由多种粒子构成的新理论

来源: 网络整理  发布时间:2018-06-04 09:20

暗物质尽管特殊,但也会像普通物质一样产生引力。

  “修兹劳透镜”星系(Huchra‘s Lenses)的引力导致类星体“爱因斯坦十字”(Einstein Cross)发出的光线在周围发生弯曲。

遥远星系的质量并不比地球邻近星系更大。

遥远星系的质量并不比地球邻近星系更大。

  新浪科技讯 北京时间6月4日消息,据国外媒体报道,暗物质是塑造宇宙的“看不见的手”。它决定了哪里会形成星系、哪里不会形成星系。暗物质的引力将恒星串成星系,又将星系串成星系团。星系合并时,暗物质也在其中发挥着作用,影响最终的合并结果。但暗物质究竟为何物?目前还无人知晓。

  我们对暗物质的了解大概有以下几条。一:暗物质很多,数量约为“普通物质”的五倍;二:它们不会释放、反射或吸收光线,但可产生引力,因此对星系的演化至关重要;三:暗物质很稳定,自宇宙诞生的138亿年来,暗物质始终不曾衰变成其它物质。即便有也可忽略不计。事实上,即使在亿亿万年之后,暗物质仍将长盛不衰,甚至可能永远不变。

  理论物理学家对暗物质的研究主要以上述三条原则为基础。但如果第三点关于暗物质稳定性的理论说错了呢?这便是一套名为“动态暗物质”(Dynamical Dark Matter)的新理论背后的理念。该理论最先由亚利桑那大学物理学家凯斯·迪耶纳斯(Keith Dienes)与拉法耶特学院理论学家布鲁克斯·托马斯(Brooks Thomas)共同提出。虽然该理论在暗物质物理界尚处于边缘位置,但越来越多的人开始被这一学说吸引,也开始有粒子物理学家、天体物理学家加入合作研究阵营。

  暗物质领域也的确需要一些新想法。虽然一个多世纪以来,天文学家不断在宇宙各处发现暗物质的痕迹,但始终未能找到任何暗物质粒子。原因并不是缺乏尝试。科学家们试过用大型强子对撞机(LHC)等仪器粉碎粒子,在粒子碎片中寻找暗物质的迹象。他们也试过将锗晶体、液氙和液氩埋在地下深处(比山脉和古老的金矿还要深),寻找与原子核发生碰撞的暗物质粒子。结果均一无所获,没有取得任何物理学家一致认同的成果。

  与此同时,暗物质的天体物理学证据不断累积。宇宙中有一种神秘现象:物理学家计算了恒星在星系中的旋转速度后,发现星系边缘恒星的公转速度竟然和内部恒星差不多。但根据我们对引力的了解,外围恒星的运动速度应该慢得多才对,除非有某种看不见的力拉着它们前进。另外,星系团中的星系运动极为活跃,按理说应当早已分崩离析,除非有某种看不见的力将它们维系在一起。注意到共同点了吗?宇宙微波背景辐射是帮助我们了解宇宙诞生初期的最有效工具,而就连这其中也有只能用暗物质才能解释的特征。既然暗物质无处不在,为何我们就是找不到它呢?

  一些研究人员开始怀疑自己找错了方向。大多数暗物质探测器都是为寻找假想中的WIMPs粒子(即弱相互作用大质量粒子)设计的。WIMPs粒子似乎是很合适的暗物质“候选者”,因为它可以由标准模型之外的超对称理论模型(supersymmetry)自然导出。该理论认为,所有基本亚原子粒子都有一颗尚未被发现的“伴粒子”。

  物理学家在研究这些假想粒子的特性时,注意到其中一种粒子极其符合暗物质的假设。它可以通过引力和弱力(只有当粒子间距小于质子直径时才会发生)与其它粒子发生相互作用。另外,该粒子十分稳定,数量也符合宇宙正常演化的需求。

  夏威夷大学物理学家杰森·库马尔(Jason Kumar)指出,WIMPs粒子“颇负美感”,拥有物理学家热爱的一切特征:简单,对称,优雅。但库马尔称:“很难将这些理论模型与我们观测到的数据相匹配。”这并不意味着WIMPs模型是错误的,但这的确引发了研究人员对一些十年前可能一笑了之的理论进行反思。“暗物质并不稳定”就是其中之一。

  不稳定的影响

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