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“暗光子”可以解释暗物质吗?

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“暗光子”可以解释暗物质吗?



充满早期宇宙的暗光子-暗物质的图示
充满早期宇宙的暗光子-暗物质的图示
(图片来源:Robert Lea(使用 Canva 创建))

新的研究表明,如果暗物质由“暗光子”组成,它就不会像科学家之前认为的那样加热早期宇宙。如果正确的话,这一发现可能代表着寻找宇宙最神秘物质的范式转变。

暗物质

它仍然如此难以捉摸,因为尽管其重量比构成恒星、行星、卫星和我们身体的日常物质的比例为五比一,但它实际上是不可见的。那是因为它不与光相互作用。事实上,电子、质子和中子 与光相互作用(或者更准确地说,

电磁辐射

)激发了人们对粒子物理标准模型之外的粒子的探索,从而产生了许多暗物质的假设候选者。

其中一个候选者是暗光子,暗宇宙版本的光子携带着电磁力以外的力,而电磁力是标准光子的责任。

当过去考虑暗光子时,科学家们得出的结论是,它们会转变成普通光子,同时仍然嵌入到充满早期宇宙的浓稠汤中。这会进一步加热已经非常热的等离子体,并留下可检测到的暗光子痕迹。

这严重限制了暗光子可能存在的搜索参数,以至于许多宇宙学观测都排除了暗光子的存在。

现在,新的计算机模拟表明,暗光子的消除可能有点仓促。在发生明显的加热之前,暗光子到光子的转换就会停止。

这使得之前排除的搜索参数重新发挥作用。

马里兰大学团队成员 Anson Hook 表示:“这些排除表明暗物质的强度必须比实际强度弱 10^8 倍。” 在一份声明中说。 “这篇论文为寻找暗物质开辟了许多新的可能性。”


一个紫色的球体,周围环绕着一道道似乎正在向外射出的光芒。

暗光子的插图,暗物质的候选者。 (图片来源:Robert Lea(使用 Canva 创建))

这项研究背后的团队首先看到了一些迹象,即暗光子向光子的转变可能并不像科学家们想象的那么简单,因为他们意识到所涉及的能量大得令人怀疑。他们开始怀疑,问题在于这个过程被认为是线性的。换句话说,释放的能量逐渐且稳定地转化为等离子体。

“过去15年的处理是线性处理。如果使用这个近似值,你可以计算出能量转移的量,而且它非常大,”周界研究所的团队成员黄俊武在声明中说。 “我意识到这是不可能的。”

在进行第一次计算机模拟时,黄和同事意识到线性过程无法描绘出完整的图景。

“我们意识到,当你将能量转换成标准模型等离子体时,等离子体实际上会变得疯狂,”黄说。 “系统中存在很多非线性,这些非线性在微量能量转换后基本上就关闭了能量转换。”


场景中心的粉红色圆圈显示银河系的心脏。

在星系中心看到的暗物质。 (图片来源:Mattia Di Mauro(ESO/Fermi-Lat))

这项研究代表了暗光子可能存在的参数的重大扩展,大大扩展了这个隐喻的狩猎场。事实上,它还可能影响对超范围假设粒子的搜寻 粒子物理学的标准模型。

周边研究所的团队成员穆罕默德·沙拉比在声明中表示:“通过正确计算早期宇宙等离子体,实验将探索新的参数空间,并可能真正看到一些东西。”

该团队的研究成果于8月13日发表在期刊上

物理评论快报。

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