宇宙射线中的反物质痕迹重新开启了对暗物质“WIMP”的搜索

现代宇宙学的巨大挑战之一是揭示暗物质的本质。我们知道它的存在（它构成了宇宙中85%以上的物质），但我们从未直接见过它，仍然不知道它是什么。

发表在《宇宙学与天体粒子物理学杂志研究人员检查了宇宙中反物质的痕迹，这些痕迹可能揭示出一种以前从未观察到的新型粒子，称为 WIMP（弱相互作用大质量粒子），它可以构成暗物质。

该研究表明，最近对宇宙射线中“反核”的一些观察与弱相互作用粒子的存在是一致的，但这些粒子可能比以前认为的更奇怪。

马德里理论物理研究所的物理学家 Pedro De la Torre Luque 解释说：“WIMP 是已经被理论化但从未被观测到的粒子，它们可能是暗物质的理想候选者。”

几年前，科学界称赞这是一个“奇迹”。弱相互作用粒子似乎满足了暗物质的所有要求，人们认为，一旦“想象”它们可能是什么以及如何检测它们，几年之内我们将获得它们存在的第一个直接证据。

相反，近年来的研究已经根据这些颗粒的特殊排放排除了整个类别的颗粒。如今，尽管它们的存在尚未被完全排除，但可能的 WIMP 类型的范围以及试图检测它们的方法已经显着缩小。

“在众多最有动机的拟议模型中，大多数今天都已被排除，只有少数幸存下来，”德拉托雷卢克说。

然而，最近的一项发现似乎重新开启了此案。 “这些是 AMS-02 实验的一些观察结果，”De la Torre Luque 解释道。 AMS-02（阿尔法磁谱仪）是国际空间站上研究宇宙射线的科学实验。 “项目负责人透露，他们在宇宙射线中检测到了反核的痕迹，特别是反氦，这是没人预料到的。”

了解为什么这些反核对 WIMP 很重要，首先要了解什么是反物质。

反物质是一种物质形式，其电荷与“正常”物质粒子相反。普通物质由带负电荷的粒子组成，如电子、正电荷（质子）或中性电荷。

反物质由带有相反电荷的“镜像”粒子（“正”电子、正电子、“负”质子等）组成。当物质和反物质相遇时，它们会相互湮灭，发出强烈的伽马辐射。

在绝大多数由正常物质组成的宇宙中，存在少量的反物质，有时比人们想象的更接近，因为正电子被用作 PET（你们中的一些人可能已经接受过的医学成像检查）的造影剂。

科学家认为，其中一些反物质是在大爆炸期间形成的，但更多的反物质是由特定事件不断产生的，这使得观察非常重要。德拉托雷卢克解释说：“如果你在星际介质中看到反粒子的产生，而你对此的期望很少，那就意味着正在发生一些不寻常的事情。” “这就是为什么反氦的观察如此令人兴奋。”

AMS-02 观测到的反氦核的产生确实可能是 WIMP。根据该理论，当两个 WIMP 粒子相遇时，在某些情况下它们会湮灭，这意味着它们会互相毁灭，释放能量并产生物质和物质。颗粒。

De la Torre Luque 和他的同事测试了一些 WIMP 模型，看看它们是否与观测结果相符。

该研究证实，一些反氦观测结果很难用已知的天体物理现象来解释。

“理论预测表明，尽管宇宙射线可以通过与气体中的相互作用产生反粒子，反核的数量，尤其是反氦的数量，应该非常低，”De la Torre Luque 解释道。

“我们预计每隔几十年就会检测到一次反氦事件，但 AMS-02 观测到的大约 10 次反氦事件比基于标准宇宙射线相互作用的预测高出许多数量级。这就是为什么这些反核是一条看似合理的线索。 WIMP 的毁灭。”

但可能还有更多。 AMS-02 观测到的反氦原子核具有两种不同的同位素（元素相同，但原子核中中子数量不同）：反氦 3 和反氦 4。尤其是 Antihelium-4，它更重，也更稀有。

我们知道，随着质量的增加，更重的原子核的产生变得越来越不可能，特别是通过涉及，这就是为什么看到如此多的人是一个警告信号。

De la Torre Luque 继续说道：“即使在最乐观的模型中，WIMP 也只能解释检测到的反氦 3 的数量，而不能解释反氦 4 的数量。”这需要想象一种比已知粒子更奇怪的粒子（或一类粒子）。迄今为止提出的 WIMP，或者用技术术语来说，甚至更加“奇特”。

因此，德拉托雷卢克和他的同事的研究表明，通往弱相互作用粒子的道路尚未关闭。现在需要更多更精确的观测，我们可能必须扩展或调整理论模型，也许将新的暗区引入迄今为止已知粒子的标准模型中，并添加新的“奇异”元素。