天體物理學(xué)家?guī)资�年來一直在尋找暗物質(zhì)，但到目前為止，這些研究結(jié)果令人失望。在最近的一項(xiàng)研究中，魏茨曼科學(xué)研究所(Weizmann Institute of Science)和以色列耶路撒冷希伯來大學(xué)(Hebrew University of Jerusalem)的兩名研究人員引入了一個(gè)新的理論框架，該框架概述了質(zhì)量高達(dá)1014 GeV的基本熱暗物質(zhì)的機(jī)制。

       在他們的工作中考慮的暗物質(zhì)是由幾個(gè)幾乎退化的粒子組成的，它們以一種與暗物質(zhì)研究中使用的標(biāo)準(zhǔn)模型一致的方式散布在最近鄰鏈中。這些研究人員提出的新框架，在《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)上發(fā)表的一篇論文中進(jìn)行了概述，可能最終會(huì)為未來對(duì)重暗物質(zhì)的研究提供信息。

       “暗物質(zhì)的性質(zhì)是現(xiàn)代物理學(xué)中一個(gè)長(zhǎng)期存在的問題，”進(jìn)行這項(xiàng)研究的研究人員之一Hyungjin Kim告訴Phys.org。”一樣沉重的希格斯玻色子的粒子,和參與互動(dòng)的優(yōu)勢(shì)在于電弱相互作用,被認(rèn)為是一個(gè)特別好的動(dòng)機(jī)暗物質(zhì)的候選人,因?yàn)樗��?jīng)常自然地出現(xiàn)在處理另一個(gè)關(guān)鍵問題:電弱之間的等級(jí)規(guī)模和普朗克尺度。”

       被認(rèn)為是一個(gè)很好的暗物質(zhì)候選者的粒子，被稱為弱相互作用大質(zhì)量粒子(WIMP)，可以由早期宇宙中處于熱平衡狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)模型粒子之間的相互作用自然產(chǎn)生。這個(gè)特殊的過程被稱為“熱冷凍-排出機(jī)制”。

       根據(jù)目前的天體物理學(xué)理論，我們今天的宇宙中大質(zhì)量弱相互作用大質(zhì)量粒子的最終豐度對(duì)初始條件或模型參數(shù)的細(xì)節(jié)是不敏感的。然而，由Kim Griest和Marc Kamionkowski在1990年發(fā)表的一篇論文中提出的一個(gè)普遍的觀點(diǎn)是，當(dāng)暗物質(zhì)的質(zhì)量超過100 TeV時(shí)，這種熱冷凍機(jī)制就不起作用了。，比希格斯玻色子重一千倍)。

       ”在最近的一篇論文中,我們證明這種常見的傳說是錯(cuò)的,表明熱定額出局是可能的,即使暗物質(zhì)是幾個(gè)數(shù)量級(jí)比希格斯色子的質(zhì)量重,如果有一組黑粒子散射的標(biāo)準(zhǔn)模型粒子與近鄰的相互作用,”埃里克·Kuflik背后的其他研究人員的研究,說。“然后，暗物質(zhì)的殘留豐度由暗粒子和標(biāo)準(zhǔn)模型粒子之間的隨機(jī)相互作用決定。”

       Kim和Kuflik提出的機(jī)制描述了一組暗物質(zhì)粒子通過最近鄰的相互作用與普通物質(zhì)散射，這種相互作用在不同物種之間發(fā)生變化。換句話說，它表明暗物質(zhì)在暗物質(zhì)物種之間“隨機(jī)游走”，不斷地改變著自己的身份。因此，根據(jù)研究人員介紹的框架，暗物質(zhì)的豐度是在早期宇宙中由熱決定的，這使得暗物質(zhì)的質(zhì)量非常重。

       金解釋說:“我們已經(jīng)證明，暗物質(zhì)可以在處于熱平衡狀態(tài)的早期宇宙熱浴中產(chǎn)生，即使是那些比傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為的要重得多的暗物質(zhì)。”“有趣的是，在我們的設(shè)想中暗物質(zhì)粒子的豐度只取決于暗物質(zhì)粒子與標(biāo)準(zhǔn)模型粒子的相互作用強(qiáng)度。”

       由Kim和Kuflik開發(fā)的新框架可能對(duì)研究宇宙微波背景、結(jié)構(gòu)形成和宇宙射線有重要的意義。此外，它可以作為大型暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究的基準(zhǔn)，因?yàn)樗�表明，在宇宙晚期，普通物質(zhì)粒子的衰變可能會(huì)留下有趣的天體物理學(xué)和宇宙學(xué)特征，研究人員可以在尋找暗物質(zhì)時(shí)尋找這些特征。

       他說:“我們希望在今后的工作中朝兩個(gè)有希望的方向發(fā)展。“首先，我們的機(jī)制不可避免地預(yù)測(cè)了整個(gè)宇宙歷史中暗物質(zhì)粒子衰變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)模型粒子的過程。這可能會(huì)留下有趣的天體物理特征，比如超高能量的宇宙射線等等。對(duì)宇宙學(xué)的影響也很有趣。”

       到目前為止，Kim和Kuflik已經(jīng)描述了超重暗物質(zhì)的基本概念，并通過參數(shù)化暗粒子和標(biāo)準(zhǔn)模型粒子之間的相互作用強(qiáng)度，提供了暗物質(zhì)的“簡(jiǎn)單玩具模型”。然而，在接下來的研究中，Kim和Kuflik計(jì)劃對(duì)粒子物理學(xué)理論進(jìn)行詳細(xì)的研究，以實(shí)現(xiàn)他們的超重?zé)岚滴镔|(zhì)機(jī)制。

       “在粒子物理學(xué)中明確的實(shí)現(xiàn)將有助于識(shí)別該機(jī)制所預(yù)測(cè)的一整套實(shí)驗(yàn)信號(hào)，這將教會(huì)我們排除或檢測(cè)這類暗物質(zhì)的最佳方法，”Kuflik補(bǔ)充說。