,这种难以捉摸的物质占宇宙中的大部分质量,可能由称为引力子的巨大粒子组成,这些粒子在宇宙诞生后的第一时刻首次出现。。
一项新理论表明,这些假设的粒子可能是来自额外维度的宇宙难民。
研究人员的计算表明,这些粒子的产生量可能恰好足以解释暗物质,只能通过其对普通物质的引力来“看到”。
“巨大的引力子是由早期宇宙中普通粒子的碰撞产生的。
人们认为这个过程太罕见了,以至于大质量引力子无法成为暗物质候选者。”研究合著者、法国里昂大学物理学家贾科莫·卡西亚帕利亚 (Giacomo Cacciapaglia) 告诉《生活科学》。
但在二月份发表在该杂志上的一项新研究中物理评论快报卡恰帕利亚与高丽大学物理学家蔡海英和李承杰发现,早期宇宙中产生的引力子足以解释我们目前在宇宙中检测到的所有暗物质。
研究发现,如果引力子存在,其质量将小于 1 兆电子伏 (MeV),因此不会超过电子质量的两倍。
这个质量水平远低于希格斯玻色子为普通物质产生质量——这是模型产生足够的质量来解释宇宙中所有暗物质的关键。 (作为比较,已知最轻的粒子,中微子,重量小于 2 电子伏特,而质子的重量约为 940 MeV,根据美国国家标准技术研究院.)
研究小组在寻找额外维度的证据时发现了这些假设的引力子,一些物理学家怀疑这些额外维度与观察到的空间三维和第四维度一起存在,时间。
在团队的理论中,当重力通过额外维度传播,它在我们的宇宙中以巨大的引力子的形式显现。
但这些粒子只能通过重力与普通物质发生微弱的相互作用。
这种描述与我们对暗物质的了解非常相似,暗物质不与光相互作用,但在宇宙中的任何地方都能感受到引力的影响。例如,这种引力影响可以防止星系飞散。
卡恰帕利亚说:“大质量引力子作为暗物质粒子的主要优点是它们仅通过引力相互作用,因此它们可以逃避检测其存在的尝试。”
相比之下,其他提出的暗物质候选者——例如弱相互作用的大质量粒子、轴子和– 也可能通过他们与其他力量和领域的非常微妙的相互作用来感受到。
事实上,大质量引力子几乎不通过引力与宇宙中的其他粒子和力相互作用,这提供了另一个优势。
卡恰帕利亚说:“由于它们的相互作用非常弱,它们衰变得非常缓慢,以至于在宇宙的整个生命周期中都保持稳定。出于同样的原因,它们在宇宙膨胀过程中慢慢产生,并在那里积累,直到今天。”
过去,物理学家认为引力子不太可能是暗物质候选者,因为产生它们的过程极其罕见。因此,引力子的产生速度将比其他粒子低得多。
但研究小组发现,在皮秒(万亿分之一秒)内大爆炸,将会产生比过去理论建议的更多的引力子。
研究发现,这种增强足以让大质量引力子完全解释我们在宇宙中检测到的暗物质的数量。
“这一增强确实令人震惊,”卡恰帕利亚说。 “我们必须进行许多检查以确保结果正确,因为这导致我们将大质量引力子视为潜在暗物质候选者的方式发生范式转变。”
因为巨大的引力子是在能量尺度以下形成的,它们摆脱了与更高能级相关的不确定性,而当前的粒子物理学并没有很好地描述这一点。
该团队的理论将在粒子加速器(例如大型强子对撞机与重力物理学。
这意味着像欧洲核子研究中心的未来圆形对撞机这样的强大粒子加速器(将于 2035 年开始运行)可以寻找这些潜在暗物质粒子的证据。
卡恰帕利亚说:“我们最好的机会可能是未来的高精度粒子对撞机。” “这是我们目前正在调查的事情。”