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探寻神秘的“暗物质”

2016.08.10

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最可能的粒子

在众多可能是组成暗物质的成分中,最热门的要属一种被称为大质量弱相互作用粒子(简称WIMP)的新粒子了。这种粒子与普通物质的作用非常微弱,以致于他们虽然存在于我们周围,却从来没有被探测到过。还有一种被理论物理学家提出来解决强相互作用中CP问题,被称为轴子的新粒子,也很有可能是暗物质的成分之一。惰性中微子(sterile neutrino)也有可能是组成暗物质的一种成分。

大质量弱相互作用粒子顾名思义,主要参与弱相互作用、引力相互作用或其他某种可能存在的不大于弱力的作用,具有较大的质量,运动缓慢。WIMP粒子的候选者主要为超对称理论下的中性微子(neutralino),超对称中微子(sneutrino),和引力微子(gravitino)等。超对称理论作为标准模型的拓展,几乎使得所有已知得基本粒子都有了可能得对应粒子,从而拓展了潜在未知粒子的数目。而这些伴子由于某种猜想得基本物理特性,其质量可能极大。通过检验超对称理论对标准粒子模型进行拓展后的粒子,可以发现一些粒子能够作为暗物质粒子的候选者,这些粒子均为电中性,有较弱的相互作用。其中,中性微子是超对称理论下最合适的WIMP候选粒子。在标准模型的超对称拓展中,中性微子为最轻的超对称粒子,这保证了它的稳定性,不会轻易衰变,从而能够作为在宇宙中占据较大比例的暗物质的候选者。 轴子的质量很轻,但数量足够多便具有冷暗物质的行为,因此轴子是冷暗物质粒子的一个候选者。

除了冷暗物质模型外,人们还提出了“温暗物质”模型,这个模型综合考虑了冷暗物质和热暗物质对宇宙结构的``从小到大''和``从大到小''的贡献。这个模型下的候选粒子主要有惰性中微子(Sterile Neutrinos)等。额外维度理论也被引入到了关于暗物质粒子的假设中,这种理论认为在现有的时空维度中存在蜷曲着的额外维度。 

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