最终可能揭示宇宙奥秘的暗物质粒子是“两全其美” _宇宙

深空的图示。（图片来源：agsandrew/Getty Images）
据美国太空网（作者：Robert Lea）：一种新的暗物质模型为这种神秘物质的组成粒子提供了新的候选物质，这可能意味着未来的实验可以检测到它。
尽管暗物质占宇宙物质的85% ，但由于它似乎不像构成恒星、行星和我们的“正常”日常物质那样与光相互作用，暗物质仍然令人沮丧地无法探测到，这种引力的影响可以防止星系在旋转时撕裂。
新模型表明，暗物质可能由其作者称之为HighlY Interactive ParticleE遗迹或HYPERs的物质组成。这一新模型表明，在早期宇宙中暗物质形成后，它与日常重子物质相互作用的强度会突然增加。这一HYPER模型的结果是，在当前的宇宙时代，暗物质可以被探测到，同时也解释了为什么暗物质如此丰富。
这一新模型是由PRISMA+卓越集群博士后研究员吉利·埃勒（Gilly Elor）与密歇根大学科学家罗伯特·麦基（Robert McGehee）和阿伦·皮尔斯（Aaron Pierce）共同设计的。
“超暗物质模型提出并回答了这样一个问题：光暗物质有多‘活跃’？”McGehee告诉Space.com 。“从技术上讲，在不久的将来直接探测实验中，我们发现光暗物质从原子核散射的频率有多高，这些实验对比质子还轻的暗物质敏感。”
目前搜寻暗物质候选者的主要嫌疑人之一是所谓的“弱相互作用的大质量粒子”或“WIMP” 。对这些和其他大质量粒子的搜索一直没有结果，这一事实导致研究人员开始提出像超微粒这样的较轻粒子作为暗物质候选者。
此外，目前的暗物质研究往往忽略了相变的概念，即一种物理状态向另一种物理态的变化，如从固体向液体的转变，这在日常物质中很常见。
HYPER模型依赖于相变，要求在早期宇宙中发生转变，改变暗物质和日常物质的相互作用。HYPER模型背后的团队认为，这种状态的变化可能意味着暗物质实际上可以像今天一样在宇宙中被探测到。
McGehee说：“我们发现，如果在早期宇宙中发生了一种特殊的、新的相变，这种暗物质的具体模型可能会实现。” 。

这张3D地图显示了暗物质的大规模分布，由哈勃太空望远镜对弱引力透镜的测量重建而成。（图片来源：劳伦斯·利弗莫尔国家实验室）
暗物质的“两全其美”
目前潜在的暗物质模型面临的挑战是，如果他们认为暗物质与重子物质强烈相互作用，那么早期宇宙中形成的暗物质数量将太少，不符合我们对宇宙的观察。相反，产生适量暗物质的模型表明，重子物质与重子物质的相互作用太弱，目前无法通过实验检测到。
HYPER模型及其相变表明暗物质和重子物质之间的相互作用发生了一次突变。这允许McGehee所说的“两全其美” — 既要创造出足够数量的暗物质，也要与日常物质有足够大的相互作用，以便被检测到。
粒子物理学中的相互作用需要一个“介体”，一种特定的信使粒子，通常是携带力的玻色子，如光子，这是电磁力的信使粒子。
暗物质和普通物质之间的相互作用也需要一个媒介。相互作用的强度取决于介体粒子的质量，质量越大，相互作用越弱。因此，在这种情况下，介体必须足够重，以形成正确数量的暗物质，同时仍然足够轻，以允许与物质发生可检测的相互作用。
HYPER模型中的上述相变表明，随着暗物质形成后发生的这种变化，介体粒子的质量突然降低。这允许创建推断的量，同时允许与普通物质的增强相互作用，从而导致散射事件，从而可以直接检测到暗物质。
虽然HYPER模型可以解决与开发暗物质模型相关的一些挑战，但创建它绝非易事。
“这项研究让我感到震惊的一点是，要绕过对暗物质的通常限制是多么困难，”McGehee说。“当我第一次想到相变如何绕过严格的宇宙学约束，并提供一个严肃的暗物质基准时，我非常兴奋，天真地希望在几个月内写出一篇论文。
“几年后，我和我的合作者发现，即使是这种相变的假设，也不足以保证任何新的暗物质模型都必须面对并克服许多严重的界限。”
McGehee指出，如果未来的暗物质探测实验发现，似乎很轻的暗物质经常从原子核上散射，HYPER模型可能是物理学家解释这一观察结果的唯一模型。
“这对我和我的合著者来说将是一个极其令人兴奋的环境，”他总结道。
该团队的研究发表在《物理评论快报》杂志上。