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使用超级电脑来了解暗物质,物理学的不解之谜

这张图片显示两个碰撞中的星系团。蓝色的色泽显示星系间气体的排放,描绘暗物质在这张图片里的分布。

暗物质的真正本质仍然是非常不清楚的,因此物理学家正在尝试各种不同的方法,来弄清楚它是什么样子的神秘物质。

一个由德国与匈牙利组成的团队,使用德国电子同步加速器(DESY)的超级电脑JUQUEEN,建立暗物质能够被允许的质量范围,来解释它对宇宙的影响。他们认为被称为轴子(axion)的粒子是一个很好的候选粒子,而且根据他们发表在自然(Nature)期刊的计算,它可以比电子还轻100亿倍。

对于暗物质的存在,宇宙学研究有很强的证据。星系的形状、大小、和分布,都暗示着有我们看不见的东西。来自欧洲的普郎克(Planck) 卫星在上一次的估计,宇宙中85%的物质被认为是暗物质。

来自DESY的共同作者Andreas Ringwald博士在一份声明中解释:「暗物质是一种看不见的物质形式。直到现在,它只透过它的引力效应显露出来。它的组成仍然完全是一个谜。形容词的'暗',不是简单地意味着它不会发射出可见光。它看起来没有发出任何其他波长,它与光子的相互作用必定是非常的弱。」

虽然在宇宙尺度上理解它是很困难的,但是寻找实际的暗物质粒子却更加困难。暗物质不是由称为标准模型(Standard Model)的最准确的粒子物理学理论所预测出来的,然而像Ringwald这样的研究人员正在它的局限里挑选,来寻找新的物理学。

他最近建议扩展标准模型,将轴子作为暗物质的候选粒子。轴子是被用来修复我们所描述的强大的核力,核力让质子和中子在原子中相互粘附。强大的核力在物质和反物质方面似乎没有偏好,但由于宇宙是由物质构成的,所以应该会有一个偏好。

轴子可以解决这个问题,但在它们可以修复我们的物理学之前,我们需要找到它们,因为到目前为止还没有它们存在的证据。然而,有一些目前和已计划的实验,被设计来寻找它们,可能找到一些证据。

Ringwald继续说:「然而,找到这种证据,将是极为有助于知道我们正在寻找什么样的质量。否则,搜索可能需要几十年,因为将不得不扫描非常大的范围。」

美国在最近批准了一种新的超灵敏侦测器,并且预计在2020年开始猎捕暗物质。

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