什么是暗物质?科学家提出了暗物质的重量级候选者

时间:2019-09-21 来源: 国内新闻
什么是暗物质?科学家们已经提出了重量级的暗物质候选物

宇宙的四分之一实际上处于阴影中。根据宇宙学家的理论,25.8%的宇宙是由暗物质组成的。暗物质的存在只能通过它的引力来表达,构成这种物质的原因仍然是个谜。波茨坦马克斯普朗克引力物理研究所所长Hermann Nikolai和他的同事华沙大学的Krzysztof Meissner现在提出了一个新的候选人超重引力。这个仍然假设的粒子的存在源于一个假设,即试图解释在粒子物理标准模型中观察到的夸克和轻子谱如何可能来自基本理论。此外,研究人员描述了一种跟踪此类粒子的可能方法。

粒子物理学的标准模型包括物质的组成部分和将它们结合在一起的力。它指出有六种不同的夸克和六种轻子分为三个“家庭”。然而,我们周围和我们自己的材料最终只包含来自第一个家族的三个粒子。上夸克和下夸克,电子,电子是Leuzan的成员。

到目前为止,这个历史悠久的标准模型保持不变。大约十年前,日内瓦欧洲核研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)受委托,其主要目的是探索未来可能存在的东西。然而,经过10年的数据收集,科学家们还没有找到除希格斯玻色子之外的任何新的基本粒子,尽管人们通常抱有相反的期望。换句话说,到目前为止,大型强子对撞机的测量未能提供超出标准模型的任何“新物理”线索。这些发现与该模型的许多扩展建议形成鲜明对比,这些建议表明了大量新粒子。

在《物理评论快报》上发表的上一篇文章中,Hermann Nikolai和Krzysztof Meissner提出了一个新的假设,试图解释为什么只有已知的基本粒子出现在自然和物质的基本构件中,为什么与先前的想法相反,没有新的粒子将会能够在能量范围内访问当前或未来可能的实验。

此外,两位研究人员假设存在超大质量引力,这可能是暗物质的一种非常不寻常的候选者。在最近发表在期刊《物理评论D》(物理评论D)上的第二篇论文中,他们还提出了如何跟踪这些引力的建议。

在他们的作品中,尼古拉和迈斯纳使用了基于“N=8超引力”理论的诺贝尔奖得主默里盖尔曼的旧观点。他们提出的一个关键因素是一种新型的无限维对称,旨在解释已知夸克和轻子的观测光谱。 Herman Nikolai说:“我们的假设实际上并没有为普通物质产生额外的粒子,这些粒子没有出现在加速器实验中,因此需要被驳斥。” “相比之下,我们的假设原则上,我们可以准确地解释我们所看到的,尤其是三个家族中夸克和轻子的再现。”

然而,宇宙的过程不能完全用我们已经知道的普通物质来解释。这种现象的一个标志是星系:以高速旋转,而宇宙中可见的物质仅占宇宙物质的5%。不足以将它们组合在一起。然而,到目前为止,没有人知道其余的是什么,尽管有很多建议。因此,暗物质的性质是宇宙学中最重要的未解决问题之一。

赫尔曼尼古拉说:“人们普遍认为暗物质是由一种基本粒子组成的,但目前无法检测到这种粒子,因为它几乎完全依赖于引力和与普通物质的相互作用。”与Krzysztof Meissner合作开发的模型为这种暗物质粒子提供了新的候选物,尽管它的性质与目前讨论的所有候选物的性质完全不同,例如轴突或弱相互作用的大质量粒子。后者与已知物质之间的相互作用非常弱。这同样适用于非常轻的引力子,它们被反复提出作为与低能超对称相关的暗物质候选者。无论如何,目前的提案方向完全不同。即使该方案从最大N=8超重力下降,它也不再是超对称的主要作用。 “特别是,我们的方案预测超重引力子的存在,与通常的候选粒子和先前认为的光引力子不同,它们与普通物质也有强烈的电磁相互作用,”Herman Nicolai说。

它们巨大的质量意味着这些粒子只能以非常薄的形式出现在宇宙中;否则,他们将“太接近”宇宙,导致其早期崩溃。根据马克斯普朗克研究人员的说法,解释宇宙和星系中暗物质的含量实际上并不需要每立方公里许多这样的粒子。 Nicolai和Meisner认为粒子质量位于普朗克质量区域,大约是千分之一千克。相比之下,由质子和中子组成的基本元素轻了10万亿倍。在星系际空间中,密度会降低。

尼古拉称:“这些引力子的稳定性取决于它们不寻常的量子数(电荷)。” “具体来说,标准模型中没有可能导致这些引力子衰减的最终电荷状态,否则它们将在大爆炸后不久消失。”

它们与已知材料的强烈电磁相互作用可能使这些暗物质粒子更容易跟踪,尽管它们非常罕见。一种可能的方法是通过在地下深处进行特殊的飞行时间测量来寻找它们,因为与宇宙辐射中的普通基本粒子不同,这些粒子的移动速度比光速慢得多。然而,它们可以毫不费力地穿透地球,因为它们的巨大质量就像一门无法被一群蚊子挡住的大炮。

这一事实为研究人员提供了将地球本身用作“古老探测器”的想法.地球在星际空间中运行了大约45亿年,在此期间它必须被这些巨大的引力穿透。在这个过程中,这些粒子应该在岩石中留下长而直的电离轨迹,但是可能不容易将它们与已知粒子引起的轨迹区分开来。 “众所周知,电离辐射会在晶体结构中产生晶格缺陷。有可能在晶体中发现这种电离痕迹,这种痕迹在数百万年内保持稳定,”Herman Nico Lai(Hermann

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什么是暗物质?科学家们已经提出了重量级的暗物质候选物

宇宙的四分之一实际上处于阴影中。根据宇宙学家的理论,25.8%的宇宙是由暗物质组成的。暗物质的存在只能通过它的引力来表达,构成这种物质的原因仍然是个谜。波茨坦马克斯普朗克引力物理研究所所长Hermann Nikolai和他的同事华沙大学的Krzysztof Meissner现在提出了一个新的候选人超重引力。这个仍然假设的粒子的存在源于一个假设,即试图解释在粒子物理标准模型中观察到的夸克和轻子谱如何可能来自基本理论。此外,研究人员描述了一种跟踪此类粒子的可能方法。

粒子物理学的标准模型包括物质的组成部分和将它们结合在一起的力。它指出有六种不同的夸克和六种轻子分为三个“家庭”。然而,我们周围和我们自己的材料最终只包含来自第一个家族的三个粒子。上夸克和下夸克,电子,电子是Leuzan的成员。

到目前为止,这个历史悠久的标准模型保持不变。大约十年前,日内瓦欧洲核研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)受委托,其主要目的是探索未来可能存在的东西。然而,经过10年的数据收集,科学家们还没有找到除希格斯玻色子之外的任何新的基本粒子,尽管人们通常抱有相反的期望。换句话说,到目前为止,大型强子对撞机的测量未能提供超出标准模型的任何“新物理”线索。这些发现与该模型的许多扩展建议形成鲜明对比,这些建议表明了大量新粒子。

在《物理评论快报》上发表的上一篇文章中,Hermann Nikolai和Krzysztof Meissner提出了一个新的假设,试图解释为什么只有已知的基本粒子出现在自然和物质的基本构件中,为什么与先前的想法相反,没有新的粒子将会能够在能量范围内访问当前或未来可能的实验。

此外,两位研究人员假设存在超大质量引力,这可能是暗物质的一种非常不寻常的候选者。在最近发表在期刊《物理评论D》(物理评论D)上的第二篇论文中,他们还提出了如何跟踪这些引力的建议。

在他们的作品中,尼古拉和迈斯纳使用了基于“N=8超引力”理论的诺贝尔奖得主默里盖尔曼的旧观点。他们提出的一个关键因素是一种新型的无限维对称,旨在解释已知夸克和轻子的观测光谱。 Herman Nikolai说:“我们的假设实际上并没有为普通物质产生额外的粒子,这些粒子没有出现在加速器实验中,因此需要被驳斥。” “相比之下,我们的假设原则上,我们可以准确地解释我们所看到的,尤其是三个家族中夸克和轻子的再现。”

然而,宇宙的过程不能完全用我们已经知道的普通物质来解释。这种现象的一个标志是星系:以高速旋转,而宇宙中可见的物质仅占宇宙物质的5%。不足以将它们组合在一起。然而,到目前为止,没有人知道其余的是什么,尽管有很多建议。因此,暗物质的性质是宇宙学中最重要的未解决问题之一。

Hermann Nikolai说:“人们普遍认为暗物质是由一种基本粒子组成的,目前还不能检测到它,因为它几乎完全基于与普通物质相互作用的重力。”与Krzysztof Meissner共同开发的模型为这种暗物质粒子提供了一个新的候选粒子,尽管它的性质与目前讨论的所有候选粒子(如轴突或弱相互作用的大质量粒子)完全不同。后者与已知物质的相互作用非常弱。这同样适用于非常轻的重力,这些重力被重复提出作为与低能量超对称相关的暗物质候选物。在任何情况下,当前的提议都处于完全不同的方向,即使程序从最大N=8超重力下降,它也不再是超对称的主要作用。 “特别是,我们的程序预测超重力的存在,它不像通常的候选粒子,它也没有先前考虑过的轻重力,它对普通物质也有很强的电磁效应,”赫尔曼尼古拉说。

它们的高质量意味着这些粒子只能以非常薄的形式出现在宇宙中;否则,他们将“过度接近”宇宙,导致其早期崩溃。根据马克斯普朗克研究人员的说法,为了解释宇宙和银河系中暗物质的含量,实际上不需要许多这样的粒子。每立方公里一粒就足够了。 Nikola和Meissner假设粒子质量在普朗克质量区域,大约是一公斤的十亿分之一。相比之下,质子和中子构成核的基本元素轻10万亿倍。在星系际空间中,密度会降低。

尼古拉称:“这些沉重的吸引力的稳定性取决于他们不寻常的量子数(电荷)。” “具体来说,在标准模型中,根本没有相应电荷的最终状态,这可能导致这些引力衰减为。它们将在大爆炸后不久消失。”

它们与已知材料的强烈电磁相互作用可能使这些暗物质粒子更容易跟踪,尽管它们非常罕见。一种可能的方法是通过在地下深处进行特殊的飞行时间测量来寻找它们,因为与宇宙辐射中的普通基本粒子不同,这些粒子的移动速度比光速慢得多。然而,它们可以毫不费力地穿透地球,因为它们的巨大质量就像一门无法被一群蚊子挡住的大炮。

这一事实为研究人员提供了将地球本身用作“古老探测器”的想法.地球在星际空间中运行了大约45亿年,在此期间它必须被这些巨大的引力穿透。在这个过程中,这些粒子应该在岩石中留下长而直的电离轨迹,但是可能不容易将它们与已知粒子引起的轨迹区分开来。 “众所周知,电离辐射会在晶体结构中产生晶格缺陷。有可能在晶体中发现这种电离痕迹,这种痕迹在数百万年内保持稳定,”Herman Nico Lai(Hermann

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