暗物质新的候选物和新探测暗物质的方法，加州大学戴维斯分校两位理论物理学家提出了暗物质的新候选者，以及探测暗物质的可能方法。他们在西班牙格拉纳达举行的普朗克2019年会议上展示了其研究成果，并已提交出版。暗物质被认为只占我们宇宙的四分之一多一点，其余大部分甚至是更神秘的暗能量。

暗物质不能被直接看到，但是暗物质的存在是可以被探测到的，因为它的引力决定了遥远星系和及其形状。许多物理学家相信暗物质是由一些尚未被发现的粒子组成。一段时间以来，最受欢迎的候选者一直是弱相互作用大质量粒子(WIMP)。但是，尽管经过多年的努力，wimp到目前为止还没有出现在旨在探测它们的实验中。

加州大学戴维斯分校(UC Davis)物理学教授、论文合著者约翰·特宁(John Terning)说：我们仍然不知道暗物质是什么，长期以来，WIMP一直是主要的暗物质候选者，但现在看来，这种可能性几乎完全被排除了。另一种替代WIMP暗物质模型的方法是需要一种包括“暗光子”和其他粒子在内的“暗电磁”形式，暗光子将与“规则”光子有一些弱耦合。

（博科园-图示）宇宙大尺度结构的模拟，蓝色是暗物质丝，黄颜色是星系形成的地方。暗物质还不能被直接探测到，加州大学戴维斯分校的物理学家提出了一个新模型来解释这一现象。图片：Zarija Lukic/Lawrence Berkeley National Laboratory

在新论文中，Terning和博士后研究员Christopher Verhaaren给这个想法增加了一个转折：一个暗磁“单极子”将与黑暗光子相互作用。在宏观世界中，磁体总是有南北两极，单极子是一种粒子，其作用类似于磁铁的一端。单极子由量子理论预测，但从未在实验中被观测到。科学家们认为，暗磁单极子与暗光子和暗电子的相互作用，与理论预测的电子和光子与磁单极子相互作用的方式相同。

一种探测暗物质的新方法

这意味着一种检测这些暗粒子的方法，物理学家保罗·狄拉克(Paul Dirac)预测，在单极子附近绕圈运动的电子，其波函数会发生相位变化。因为在量子理论中，电子既以粒子的形式存在，又以波的形式存在，所以同一个电子可以从单极子的任何一边通过，从而使另一边的相位略有偏离。这种被称为“阿哈罗诺夫-玻姆效应”的干涉图样意味着，即使电子不穿过磁场，它也会受到磁场的影响。

Terning和Verhaaren认为：可以探测到一个暗单极子，因为它在电子经过时改变了电子的相位。这是一种新的暗物质，但它也提供了一种寻找暗物质的新方法。电子束相对容易获得：电子显微镜在20世纪60年代被用来证明阿哈罗诺夫-玻姆效应，电子束技术已经随着时间的推移而改进。从理论上讲，暗物质粒子一直在穿过我们身体。

要在Terning和Verhaaren的模型中被探测到，单极子必须受到太阳激发。然后它们将以光速的千分之一到达地球，大约需要一个月的时间。另一方面，预测的相移非常小——例如，小于探测引力波所需的相移。然而，当LIGO引力波实验第一次被提出时，使其成功的技术还不存在，相反，随着时间的推移，这项技术得到了发展。

博科园｜研究/来自：加州大学戴维斯分校
参考期刊《arXiv》
Cite: arXiv:1906.00014
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