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暗物质新候选人「超重重力微子」像砲弹,可从古老晶体中测出蹤迹

发布时间:2020-07-16 浏览量:306人次
暗物质新候选人「超重重力微子」像砲弹,可从古老晶体中测出蹤迹

做为宇宙中不可见但确切发挥影响力的存在,科学家已提出不少暗物质候选人,比如微中子、大质量弱相互作用粒子。最近有科学家再提出了暗物质的新候选对象:超重重力微子(Superheavy gravitino),并且这种粒子质量非常大,如果它们存在,可以透过现有方法测出蹤迹。

我们的宇宙约由 26.8% 暗物质、68.3% 暗能量与 4% 我们熟知的常规物质所构成 ,与普通物质不同,暗物质不会吸收、反射或发光,它们的存在只透过重力效应显现。

有关暗物质的基本粒子组成,科学家已经提出不少对象,比如最热门的大质量弱相互作用粒子(weakly-interacting massive particle,WIMP)、最有希望的暗物质候选人微中子(Neutrino)、为解决 CP 守恆问题而提出的轴子(axion)、打破粒子物理标準模型的惰性微中子(sterile neutrino)、结合广义相对论与超重力理论的重力微子(gravitino)等。

然而上述目前只有微中子已被探测到(但还不确定与暗物质的关联),其余都还是理论上的假想粒子;此外,这些粒子的大前提都是质量非常轻、不透过电磁力或强核力与常规物质互动。

但由马克斯‧普朗克引力物理研究所所长 Hermann Nicolai、华沙大学理论物理学家 Krzysztof Meissner 等人提出的新暗物质候选对象「超重重力微子(Superheavy gravitino)」,不只质量很大,还会透过重力之外的其他力与一般物质相互作用,并且科学家确切描述了追蹤这种粒子的方法。

根据团队计算,1 个超重重力微子的质量高达 0.02 毫克──比 1 个质子还要重千万兆倍。由于质量很大,它们在宇宙中的分布相对分散,每 1 万立方公里大概只有 1 颗超重重力微子,但就能解释如今的暗物质效应。

如果超重重力微子确实存在,那幺地球本身就是一个天然巨型探测器,能映照出超重重力微子穿过的蛛丝马迹。我们知道质量很轻的粒子能毫不费力地穿越一般物质,质量很重的粒子其实也可以,只是前者像是渔网捕捉不到的小鱼苗,而后者则像一群蚊子挡不住的一颗砲弹。

在过去 45 亿年里,研究人员相信一定有不少超重重力微子穿过地球,它们会留下透过电磁力、强核力与常规物质相互作用后的痕迹,比如岩石中的电离轨道。

虽然超重重力微子的轨迹可能难以和其他粒子的路径区分,但已知电离辐射会在晶体结构中引起晶格缺陷,Hermann Nicolai 表示,也许我们能从一些已维持数百万年稳定状态的古老晶体中,检测出超重重力微子的行进轨迹。

研究团队的 2 篇论文分别发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)与《物理评论 D》(Physical Review D)期刊。

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