暗物质如何主宰宇宙的新想法

（世界杯万博app内部科学） - 宇宙中的八十五个物质被认为是人类和我们的科学仪器不可见的“黑暗”。但科学家不知道暗物质是什么或者它是如何在早期宇宙中创造的。

现在，一群研究人员提出了一种神秘物质的新配方：与普通物质颗粒碰撞并将其转化为新的暗物质颗粒。这一过程将继续，直到宇宙在今天的暗物质数量定居之前。

“有无数的模型可以解释暗物质，”挪威奥斯陆大学的物理学家、该研究的作者之一Torsten Bringmann说新论文该论文于去年11月发表在该期刊上物理评论快报。“如果你写下模型，它应该包含如何产生暗物质的机制，如何解释我们对暗物质的一件事 - 即，完全有多少。”

科学家们知道暗物质一定存在，部分原因是星系外边缘的旋转速度比预期的要快——如此之快，以至于根据星系中普通物质的数量，星系应该会被撕裂。但幸运的是，它们仍然存在。所以，一定有某种看不见的物质帮助它们结合在一起。

暗物质也在星系的集群中间接观察到，这也不应该保持在一起，以及从被称为宇宙微波背景的早期宇宙的辐射波动。

“宇宙中存在某种形式的暗物质，而且它实际上构成了物质的一个非常重要的组成部分，这一点相当有说服力，”法国安那西-勒-维尤理论物理实验室(Annecy-le-Vieux Laboratory of Theoretical Physics)的物理学家Geneviève Bélanger说。他没有对这篇新论文做出贡献。

布林曼说，大约20年前，物理学家认为暗物质最有可能是由假设的但未观测到的弱相互作用大质量粒子(wimp)组成的。这些粒子会通过弱力与普通物质相互作用，弱力是宇宙中四种基本力之一。虽然它实际上比引力更强，但弱力只在亚原子水平上有影响。

在早期宇宙中可能会创建和销毁WIMPS的一种方式是通过称为“冻结”的机制。根据该理论，暗物质WIMPS将在早期宇宙中的密集，热空间中与普通物质一起包装，允许两个暗物质颗粒碰撞并转变为两个规则颗粒，反之亦然。

随着宇宙扩大和冷却，常规物质颗粒无法获得足够的能量来碰撞并产生暗物质。暗物质颗粒碰撞的机会也将接近零。“如果宇宙正在扩大如此迅速，那么机会就会变得更加苗条，更纤薄的[暗物质颗粒]相遇，”Grandmann说。随着时间的推移，宇宙中的暗物质量会稳定。

还通过颗粒物理学中的单独理论提出了WIMPS的可能存在。但物理学家一直在使用粒子侵占机和地下探测器来寻找WIMPS多年，而且还没有发现任何东西。

这并不意味着WIMP不存在。奥克拉荷马大学的物理学家霍华德·鲍尔没有贡献本文，表示，有可能的WIMPS存在，而是避免检测。但Bélanger说，因为没有人看过一个WIMP，“人们开始探索解释这一暗物质的替代品。”

暗物质产生的另一种解释是“冻结”机制。这一假设表明，在宇宙之初，暗物质几乎不存在，标准物质和暗物质粒子是由某种新的、未被发现的力连接起来的，这种力比弱力还弱。在这种情况下，标准物质粒子会随着时间的推移碰撞并产生暗物质，最终稳定在今天宇宙中暗物质的数量。

像冻结机制一样，Bringmann和他的同事提出的新机制开始于暗物质粒子的少量集中以及粒子间的相互作用，这些粒子的相互作用弱于弱力。但他们并没有声称标准物质碰撞产生暗物质，而是认为暗物质和标准物质粒子可能碰撞并产生两种暗物质粒子。这将导致暗物质的数量呈指数增长，因为越来越多的暗物质与普通物质碰撞，产生越来越多的暗物质。“一旦你进入了这种自我繁殖的阶段，它就会爆炸，”Bringmann说。

Bélanger网站表示，该机制是“一种完全可行的替代方案，值得考虑。”

密歇根底特律韦恩州立大学(Wayne State University)的物理学家纳乌辛·沙阿(Nausheen Shah)说，研究人员现在必须将这一机制适用于早期宇宙中暗物质进化的更大模型。沙阿没有参与这篇新论文的撰写。Shah还说，虽然需要建立更多的模型，但作者确实在论文中介绍了一个有趣的、可以工作的简单模型的基础。

为了测试模型，研究人员可以在今天的宇宙中寻找模型所暗示的内容。Grangmann表示，通过检测宇宙微波背景中的特定扭曲，可能有可能支持简单的模型。