就暗物质来说，现代物理学中最难以捉摸的谜团之一就是：暗物质到底是什么，以及它是如何形成的？据美国“物理学网”8月8日消息称，美国约翰·霍普金斯大学（Johns Hopkins University，简称JHU）的一项最新研究表明，暗物质可能在宇宙大爆炸之前就已经存在。研究人员在《物理评论快报》8月7日刊发的一篇研究论文中阐述了这种新观点，即暗物质是如何诞生的，以及如何通过天文观测手段来识别它。
JHU的物理学和天文学博士后Tommi Tenkanen介绍道：“这项新研究揭示了粒子物理学和天文学之间的新联系。如果暗物质是由大爆炸前诞生的新型粒子组成的，那么它们将以一种独特的方式影响星系在宇宙中的分布。”
虽然人们对暗物质的起源知之甚少，但天文学家已经证明，暗物质在星系和星系团的形成过程中发挥着至关重要的作用。虽然不能被直接观测到，但是科学家们仍能感知到暗物质的存在，是因为它对可见物质在空间中运动和分布施加了引力作用。长期以来，研究人员认为暗物质一定是大爆炸遗留下来的物质，科学家们对它的寻觅也由来已久。但是，到目前为止，所有的实验研究都没有找到它的踪迹。
Tenkanen解释道：“如果暗物质真的是大爆炸的残留物，那么在许多情况下，研究人员应该已经在不同的粒子物理实验中观测到了暗物质的直接信号。”这项新研究利用一个简单的新型数学框架，证明暗物质可能产生于大爆炸之前，而那个时代被称为宇宙膨胀期（cosmic inflation），这时宇宙扩展得非常迅速。科学家认为，这种快速膨胀导致生成了大量的、被称为“无向量”（scalar）的粒子。到目前为止，人类只发现了一种无向量粒子，那就是著名的“希格斯玻色子”（Higgs boson）。
Tenkanen继续解释道：“我们不知道暗物质是什么，但如果它与任何无向量粒子有关，那么它可能就比大爆炸还要古老。对于新提出的这个数学方案，我们不需要假设可见物质和暗物质之间，还存在除了已知引力外的任何其他相互作用。”
虽然暗物质生成于大爆炸之前就已经存在的观点并不新鲜，但其他理论学家一直未能提出支持这一观点的计算方法。这项新研究表明，研究人员一直忽略了暗物质起源的最简单的数学假设。另外，它还提出了一种通过观察暗物质在宇宙中的分布特征来测试暗物质起源的方法。
原创编译：朱明逸 审稿：alone 责编：唐林芳
期刊来源：《物理评论快报》
期刊编号：0031-9007
原文链接：https://phys.org/news/2019-08-dark-older-big.html
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