试图理解自然基本结构的物理学家依赖于一致的理论框架，这些框架可以解释我们所看到的东西，同时做出我们可以测试的预测。
在最小的规模上基本粒子， 这粒子物理学的理论为我们的理解奠定了基础。
在宇宙的尺度上，我们的大部分认识都是基于“宇宙学标准模型”。
根据爱因斯坦的理论，它假设宇宙中的大部分质量和能量是由神秘的、不可见的物质组成的，这些物质被称为暗物质（占宇宙物质的 80%）和暗能量。
在过去的几十年里，这个模型在解释我们对宇宙的广泛观测方面非常成功。
但我们仍然不知道是什么组成的– 我们只知道它的存在是因为它对星系团和其他结构的引力。
颗粒数量已被提议作为候选者，但我们不能确定是哪一种或几种粒子构成了暗物质。
现在我们的新研究– 这暗示极轻的粒子称为可能构成了一些暗物质——挑战了我们目前对其成分的理解。
热与冷
标准模型认为暗物质是“寒冷的”。这意味着它由相对较重的粒子组成，最初运动缓慢。
因此，相邻粒子很容易聚集在一起形成受重力束缚的物体。
因此，该模型预测宇宙应该充满小型暗物质“光环”，其中一些会合并并逐渐形成更大的系统——使宇宙变得“块状”。
然而，至少有一些暗物质并非不可能很“热”。
这将包括具有相当高速度的相对较轻的粒子——这意味着这些粒子可以很容易地逃离星系等密集区域。
这将减缓新物质的积累，并导致宇宙结构的形成受到抑制（不那么块状）。
中微子以极高的速度旋转，是热暗物质的良好候选者。
特别是，它们不发射或吸收光，这使得它们看起来“黑暗”。
长期以来，人们一直认为中微子没有质量，分为三种不同的种类。
但实验证明它们可以从一个物种改变（振荡）到另一个物种。
重要的是，科学家们已经证明，这种变化要求他们有质量– 使它们成为热暗物质的合法候选者。
然而，在过去的几十年里，粒子物理实验和各种天体物理学论证都排除了中微子构成宇宙中大部分暗物质的可能性。
更重要的是，标准模型假设中微子（以及一般的热暗物质）的质量非常小，以至于它们对暗物质的贡献可以完全忽略（在大多数情况下假设为 0%）。
和，直到最近，这个模型很好地再现了各种宇宙学观测结果。
改变图片
在过去的几年里，宇宙学观测的数量和质量都大幅提高。
最突出的例子之一就是“引力透镜观测”的出现。
广义相对论告诉我们，物质会弯曲时空，因此来自遥远星系的光可以被我们和星系之间的大质量物体偏转。天文学家可以测量这种偏转，以估计宇宙时间内宇宙结构的增长（“块度”）。
这些新数据集为宇宙学家提供了多种方法来详细测试标准模型的预测。
一幅开始浮现的画面从这些比较是宇宙中的质量分布看起来不那么凹凸不平如果暗物质完全冷的话，它应该是这样的。
然而，在标准模型和新数据集之间进行比较可能并不像最初想象的那么简单。
特别是，研究人员表明，宇宙表面的块状不仅受到暗物质的影响，而且还通过影响正常物质的复杂过程（质子和中子）。
之前的比较假设，“感受到”重力和压力的正常物质的分布就像只感受到重力的暗物质一样。
（作者提供）
现在，我们的新研究已经产生了迄今为止最大的一套正常物质和暗物质的宇宙学计算机模拟（称为巴哈马）。
我们还与最近的一系列观察结果进行了仔细比较。
我们的结论是，新的观测数据集与标准冷暗物质模型之间的差异甚至比之前声称的还要大。
我们详细研究了中微子的影响及其运动。正如预期的那样，当模型中包含中微子时，宇宙中的结构形成被冲刷掉，使宇宙不再那么块状。
我们的结果表明，中微子占暗物质总质量的 3% 到 5%。
这足以一致地再现各种观测结果——包括新的引力透镜测量。
如果暗物质的较大部分是“热”的，则宇宙中结构的生长会受到过多的抑制。
这项研究还可能帮助我们解开个体质量之谜是。
通过各种实验，粒子物理学家计算出三种中微子的总和应为至少 0.06 电子伏特（能量单位，类似于焦耳）。
您可以将其转换为中微子对暗物质贡献总量的估计值，结果为 0.5%。
鉴于我们发现它实际上比这个大六到十倍，我们可以推断中微子质量应该约为 0.3-0.5 eV。
这非常接近实际可以测量的值即将进行的粒子物理实验。
如果这些测量结果证实了我们在模拟中发现的质量，这将非常令人放心——让我们对中微子作为暗物质的作用从最大的宇宙尺度到最小的粒子物理领域有一个一致的认识。
伊恩·麦卡锡，天体物理学读者，利物浦约翰摩尔斯大学。
