新研究表明,暗物質不會太重,也不會破壞我們的最佳宇宙模型。
我們有大量證據表明宇宙中正在發生一些可惡的事情。星星中的星星軌道軌道太快了。星系在內部簇中移動得太快了。結構生長和發展過快。如果我們只計算出我們可以看到的事情,那根本還不夠解釋所有這些行為。
絕大多數宇宙學家認為,所有這些現像都可以通過存在來解釋,一種假設形式的物質形式是巨大的,電氣中性的,幾乎與正常物質相互作用。這種暗物質構成了宇宙中的大部分質量,遠遠超過了發光物質的數量。
暗物質的身份仍然是一個謎,因為旨在檢測雜散的實驗,罕見的碰撞未能出現任何東西。但是這些實驗的重點是針對特定的質量範圍:大約有10至1,000 Giga電子伏特(GEV)。 (GEV相當於10億電子電壓。)在最重的已知粒子範圍內,例如W玻色子和頂部的夸克。幾十年來,理論家都讚成這一質量範圍,因為幾個簡單的擴展粒子物理學預測了這種顆粒的存在。
但是,因為我們還沒有找到任何東西,所以我們開始懷疑暗物質是否比我們想像的要重或重。但是,較重的暗物質遇到了一些嚴重的問題。紙發佈到預印度數據庫ARXIV。
問題是暗物質有時確實會與正常物質相互作用,如果很少。但是在早期的宇宙中,當宇宙變得更熱且濃密時,這些相互作用更加頻繁。最終,隨著宇宙的擴展和冷卻,這些相互作用減慢然後停止,導致暗物質“凍結”並在後台保持沉默。
有關的:
儘管有許多潛在的潛在暗物質候選模型,但許多模型通過涉及的交換與常規粒子相互作用- 一種基本粒子,幾乎與所有其他粒子相互作用,並且通過這些相互作用,使這些粒子具有質量。
我們知道Higgs Boson的質量:大約125 GEV。研究人員發現,這一質量對大多數候選者的可能質量構成了基本的上限。
問題是物理學中的所有互動都是雙向街道。希格斯既談到暗物質和常規物質,在許多模型中,都會調解它們之間的相互作用。但是兩種物質也與希格斯交談。這些相互作用似乎是對希格斯玻色子質量的輕微修改。
對於標準模型粒子,我們可以計算這些校正和反饋相互作用,這是理論家在檢測到希格斯玻色子的質量的方式。
研究人員發現,如果暗物質粒子的質量大於幾千GEV,那麼它對希格斯質量的貢獻將非常重要,從而使其遠離觀察到的值。而且由於希格斯對於確定許多其他基本物理學是至關重要的,因此它基本上將完全關閉粒子相互作用。
但是,有可能解決此限制。暗物質可能根本不會與常規顆粒相互作用,或者可能通過不涉及希格斯的一些外來機制發生這種相互作用。但是這些型號很少,而且需要大量的微調和額外的步驟。
否則可能的暗物質比我們想像的要輕。如果我們不認為沈重的暗物質是一個可行的候選人,那麼當我們繼續了解宇宙的這個神秘組成部分時,我們可以將精力集中在另一個方向上。對軸,某些粒子物理模型中預測的超輕顆粒已經引起人們的興趣,可能是可行的暗物質候選者。
在實驗側,如果確認了此結果並保持對暗物質顆粒質量的廣泛限制,我們可以完善並重新設計實驗以搜索低質量,而不是高質量的顆粒。
最初發布space.com。