“没想到你竟然是这样的粒子暗物质大猜想”

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20世纪70年代初出现的关于暗物质的天文学证据刺激了物理学家的趣味性。 当时，宇宙学家和核物理学家正在迅速发展现有的宇宙模型，试图理解含有暗物质和其他成分的宇宙是如何形成的。 另外，一些科学家正在尝试用标准模型找出与暗物质相关的粒子的位置。

到 年代末，粒子相互作用的标准模型通过实验牢固地建立起来。 然后，物理学家正在完成宇宙学的标准模型。 在大爆炸中，密度无限大、温度无限高的奇点( singularity )的爆发是宇宙演化的起点，宇宙开始膨胀，可能会发展到今天。 充斥在整个宇宙中的质子、中子、电子、能量通过核合成形成了各种元素，科学家将标准模型和核理论应用于大爆炸模型，对核合成进行了量化。

该太初核合成模型以对宇宙轻元素丰度的天文学观测为支撑，对大爆炸后头几分钟重子的密度进行了重要预测。 在宇宙进化的起点，大爆炸产生的普通物质不足以带来我们所需的所有暗物质。 天体物理学家得出的结论是暗物质是尚未被观测到的新物质，也有可能是全新的粒子。 用新粒子解释暗物质的第一次尝试来自意外之地——美国南达科他州的homestake地下金矿。

出乎意料的是，位于美国南达科他州homestake金矿的中微子探测器，是由物理学家戴维斯( raymonddavis，jr.)等人于20世纪60年代末确立的。

科学家们用建立在金矿中的中微子探测器捕捉到了被认为来自太阳的中微子。 勘探结果表明，到1976年为止，该实验捕捉到的中微子远远少于理论预测。 当时的一个解释是，某种相互作用弱的重粒子可能在太阳的中心凝聚，变得极少。 这个新的重粒子可能具备一点暗物质所需的特征。 与其他粒子的相互作用极弱，大量存在于太阳系中，是大爆炸遗留下来的。 我们知道中微子缺乏的原因是中微子振荡。但是，在当时，这提供了刺激研究的有趣线索的暗物质可能是由标准模型以外的新粒子构成的。 重中微子曾经被认为是暗物质粒子的候选，但中微子暗物质的大规模结构模拟排除了这种可能性。

下表列出了一些可能的暗物质。

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从年代后半期开始，暗物质可能是新型粒子的想法逐渐被接受，科学家们从暗物质与普通物质直接相互作用的角度开始了寻找暗物质的实验。 科学界有两种主要的关于暗物质粒子候选的观点。 有一种看法认为暗物质是被称为轴子的最轻的粒子。 束缚夸克的强力有着不可理解的特征，轴子是为了说明其特征而提出的虚拟粒子。 一根轴的重量约为质子的万亿分之一。 另一种观点来自预测重量为质子100倍至1000倍的电中性粒子的大理论。 这类粒子统称为大质量弱相互作用粒子( wimps )，最初是物理学家为了解释上述太阳中微子问题而提出的。

轴子暗物质实验( axion暗物质实验) ) ) ) ) )。

迄今为止，物理学家尚未找到轴子和大质量弱相互作用粒子确实存在的证据，两个粒子都停留在虚拟阶段。 但是，物理学界积累的理论基础足以驱动暗物质粒子的探索。 一些实验带来了关于这些奇怪粒子的线索。

这两种寻找粒子的实验之间有很大的差异，这取决于候补粒子的物理学特征。 由于虚拟轴子不带电，质量极小，与普通物质的相互作用极弱，因此相关实验需要通过间接手段寻找轴子。 大质量弱的相互作用粒子被认为质量大，与普通物质的相互作用非常弱的粒子。 因为这可以通过直接或间接的手段来寻找它们。

(上述副本参见physics for the 21st century编译中心组织) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )。

改变立场进行解读

为什么暗物质不是目前已知的粒子？ 那是因为没有符合暗物质优点的已知粒子。

根据现有证据说明暗物质的存在，暗物质可能有以下优点。 首先，暗物质不发光，但具有重力。 因为我们是通过重力法测量其存在的。 其次，宇宙中暗物质比可见物质多得多，暗物质占宇宙物质组成的26.8%，普通物质只有4.9%。

另一方面，暗物质粒子的主要性质有以下3点。

首先，暗物质粒子的寿命比时间长。 因为即使宇宙进化了130多亿年，暗物质仍然存在。 可以推测暗物质和质子一样不会衰变； 暗物质会崩溃，但速度非常低。

其次，暗物质冰冷是首要的，这意味着它的速度低、质量大。

最后，暗物质粒子之间的相互作用很弱。 暗物质粒子不参与电磁相互作用，它们之间存在的重力相互作用和可能存在的微弱相互作用都很弱。

在新的粒子物理模型中，有很多具有暗物质粒子性质的粒子，但很遗憾，没有完全一致的粒子。

接下来，逐一进行分解。 下图是包含除引力子以外的所有已知粒子的标准模型。

/ h// br// h /出图:现有粒子模型

从左上角看。 右上夸克家，包括6种夸克在内，共有36种。 为什么夸克不能是暗物质粒子？ 因为夸克带电了，所以带电后会发光。

左下角是轻子家族。 电子、&mu； 子和&tau； 粒子有电荷。 中微子没有电荷，但质量轻，速度大。

右边是波斯粒子的家族。 其中光子是电磁相互作用的媒介粒子，肯定不是暗物质。 w和z -玻色子是弱相互作用的介质粒子，但它们不稳定。 胶子是强相互作用的媒介粒子。

中间还有一个非标准的玻色子，就是希格斯玻色子。 崩溃非常快，不稳定。

所以暗物质粒子应该是未知的新粒子。 为了了解这个新粒子的性质，设计并检测实验。

来源：企业信息港