科学家们终于弄清楚了多少暗物质– 据说这种几乎难以察觉的材料可以拉扯一切，但不发光 – 确实很重。
新的估计有助于确定其粒子的重量——这对神秘物质的实际含义有一定的影响。
这项研究大大缩小了潜在的质量粒子，从估计的 10^-24 电子伏特 (eV) 到 10^19 吉电子伏特 (GeV) 之间，到 10^-3 eV 到 10^7eV 之间——质量的可能范围比以前小了数万亿万亿倍。
萨塞克斯大学物理学和天文学教授泽维尔·卡尔梅特说，这些发现可以帮助暗物质猎人将他们的努力集中在指定的粒子质量范围上，或者可能揭示宇宙中存在一种以前未知的力量在起作用。英国。
Calmet 和同样来自萨塞克斯大学的博士生 Folkert Kuipers 描述了他们在一项新研究中所做的努力，该研究将于 3 月号上发表物理字母 B。
什么是暗物质？
据估计，暗物质约占宇宙所有物质的 83%。 人们认为它只能通过重力与光和普通物质相互作用，这意味着它只能通过它弯曲光线的方式被看到。
天文学家在 20 世纪 30 年代观察星系团时首次发现了暗物质的迹象，而星系被巨大的暗物质光环缠绕和边缘的理论在 20 世纪 70 年代后成为主流，当时天文学家意识到星系的旋转速度比正常情况下要快。 ，考虑到它们含有多少可见物质。
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暗物质粒子的可能候选者包括幽灵般的微小粒子，称为中微子，理论上称为轴子的暗冷粒子，并提出了弱相互作用的大质量粒子（WIMP）。
卡尔梅特说，新的质量界限可能有助于消除其中一些候选者，具体取决于特定暗物质模型的细节。
量子引力
科学家们所知道的是，暗物质似乎只能通过引力与光和正常物质相互作用，而不是通过任何其他方式基本力量; 因此，研究人员利用引力理论来估计暗物质粒子质量的范围。
重要的是，他们使用了量子引力理论中的概念，这导致了比之前的估计窄得多的范围，之前的估计仅使用了爱因斯坦的广义理论相对论。
“我们的想法非常简单，”卡尔梅特在一封电子邮件中告诉《生活科学》。 “令人惊奇的是人们以前没有想到这一点。”
爱因斯坦的理论基于经典物理学； 它完美地预测了重力在大多数情况下是如何运作的，但在量子力学效应变得显着的极端情况下，它就会崩溃，例如在黑洞的中心。
另一方面，量子引力理论试图通过量子力学来解释引力，量子力学已经可以描述其他三种已知的基本力——电磁力、强大的力量将大多数物质结合在一起，并且弱力导致放射性衰变。
然而，目前还没有任何一种量子引力理论有强有力的证据支持它们。
卡梅特和柯伊珀斯利用广义相对论的值估计了暗物质粒子质量的下限，并根据量子引力理论预测的暗物质粒子的寿命估计了上限。
卡尔梅特说，广义相对论的值的性质也定义了上限的性质，因此他们能够得出独立于任何特定量子引力模型的预测。
他说，这项研究发现，虽然量子引力效应一般来说几乎是微不足道的，但当假设的暗物质粒子需要极长的时间来衰变以及宇宙的年龄与现在一样古老（大约 138 亿年）时，量子引力效应就变得很重要。 。
物理学家之前估计，暗物质粒子必须比“普朗克质量”更轻——大约 1.2 x 10^19 GeV，至少比已知最大粒子重 1,000 倍——但要重于 10^-24 eV，以适应他说，对已知含有暗物质的最小星系的观测。
但到目前为止，尽管过去 30 年在理解量子引力方面取得了巨大进展，但很少有研究试图缩小这个范围，他说。 “人们之前根本没有研究过量子引力对暗物质的影响。”
未知力量
卡尔梅特说，暗物质粒子质量的新界限也可以用来测试是否重力人们普遍认为，单独的物质会与暗物质相互作用，或者暗物质受到未知的自然力的影响。
“如果我们发现一个暗物质粒子的质量超出了我们论文讨论的范围，我们不仅会发现暗物质，而且还会有非常有力的证据表明……有一些超越重力的新力量作用于暗物质，”他说。
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