深空的圖示。（圖片來(lái)源：agsandrew/Getty Images）
（神秘的最終地球uux.cn）據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)（作者：Robert Lea）：一種新的暗物質(zhì)模型為這種神秘物質(zhì)的組成粒子提供了新的候選物質(zhì)，這可能意味著未來(lái)的揭示實(shí)驗(yàn)可以檢測(cè)到它。
盡管暗物質(zhì)占宇宙物質(zhì)的宇宙85%，但由于它似乎不像構(gòu)成恒星、奧秘行星和我們的物質(zhì)“正常”日常物質(zhì)那樣與光相互作用，暗物質(zhì)仍然令人沮喪地?zé)o法探測(cè)到，兩全其美這種引力的最終影響可以防止星系在旋轉(zhuǎn)時(shí)撕裂。
新模型表明，揭示暗物質(zhì)可能由其作者稱之為HighlY Interactive ParticleE遺跡或HYPERs的宇宙物質(zhì)組成。這一新模型表明，奧秘在早期宇宙中暗物質(zhì)形成后，物質(zhì)它與日常重子物質(zhì)相互作用的兩全其美強(qiáng)度會(huì)突然增加。這一HYPER模型的最終結(jié)果是，在當(dāng)前的揭示宇宙時(shí)代，暗物質(zhì)可以被探測(cè)到，同時(shí)也解釋了為什么暗物質(zhì)如此豐富。
這一新模型是由PRISMA+卓越集群博士后研究員吉利·埃勒（Gilly Elor）與密歇根大學(xué)科學(xué)家羅伯特·麥基（Robert McGehee）和阿倫·皮爾斯（Aaron Pierce）共同設(shè)計(jì)的。
“超暗物質(zhì)模型提出并回答了這樣一個(gè)問(wèn)題：光暗物質(zhì)有多‘活躍’？”McGehee告訴Space.com。“從技術(shù)上講，在不久的將來(lái)直接探測(cè)實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)光暗物質(zhì)從原子核散射的頻率有多高，這些實(shí)驗(yàn)對(duì)比質(zhì)子還輕的暗物質(zhì)敏感。”
目前搜尋暗物質(zhì)候選者的主要嫌疑人之一是所謂的“弱相互作用的大質(zhì)量粒子”或“WIMP”。對(duì)這些和其他大質(zhì)量粒子的搜索一直沒(méi)有結(jié)果，這一事實(shí)導(dǎo)致研究人員開(kāi)始提出像超微粒這樣的較輕粒子作為暗物質(zhì)候選者。
此外，目前的暗物質(zhì)研究往往忽略了相變的概念，即一種物理狀態(tài)向另一種物理態(tài)的變化，如從固體向液體的轉(zhuǎn)變，這在日常物質(zhì)中很常見(jiàn)。
HYPER模型依賴于相變，要求在早期宇宙中發(fā)生轉(zhuǎn)變，改變暗物質(zhì)和日常物質(zhì)的相互作用。HYPER模型背后的團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這種狀態(tài)的變化可能意味著暗物質(zhì)實(shí)際上可以像今天一樣在宇宙中被探測(cè)到。
McGehee說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)，如果在早期宇宙中發(fā)生了一種特殊的、新的相變，這種暗物質(zhì)的具體模型可能會(huì)實(shí)現(xiàn)。”。

這張3D地圖顯示了暗物質(zhì)的大規(guī)模分布，由哈勃太空望遠(yuǎn)鏡對(duì)弱引力透鏡的測(cè)量重建而成。（圖片來(lái)源：勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室）
暗物質(zhì)的“兩全其美”
目前潛在的暗物質(zhì)模型面臨的挑戰(zhàn)是，如果他們認(rèn)為暗物質(zhì)與重子物質(zhì)強(qiáng)烈相互作用，那么早期宇宙中形成的暗物質(zhì)數(shù)量將太少，不符合我們對(duì)宇宙的觀察。相反，產(chǎn)生適量暗物質(zhì)的模型表明，重子物質(zhì)與重子物質(zhì)的相互作用太弱，目前無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)到。
HYPER模型及其相變表明暗物質(zhì)和重子物質(zhì)之間的相互作用發(fā)生了一次突變。這允許McGehee所說(shuō)的“兩全其美” —  既要?jiǎng)?chuàng)造出足夠數(shù)量的暗物質(zhì)，也要與日常物質(zhì)有足夠大的相互作用，以便被檢測(cè)到。
粒子物理學(xué)中的相互作用需要一個(gè)“介體”，一種特定的信使粒子，通常是攜帶力的玻色子，如光子，這是電磁力的信使粒子。
暗物質(zhì)和普通物質(zhì)之間的相互作用也需要一個(gè)媒介。相互作用的強(qiáng)度取決于介體粒子的質(zhì)量，質(zhì)量越大，相互作用越弱。因此，在這種情況下，介體必須足夠重，以形成正確數(shù)量的暗物質(zhì)，同時(shí)仍然足夠輕，以允許與物質(zhì)發(fā)生可檢測(cè)的相互作用。
HYPER模型中的上述相變表明，隨著暗物質(zhì)形成后發(fā)生的這種變化，介體粒子的質(zhì)量突然降低。這允許創(chuàng)建推斷的量，同時(shí)允許與普通物質(zhì)的增強(qiáng)相互作用，從而導(dǎo)致散射事件，從而可以直接檢測(cè)到暗物質(zhì)。
雖然HYPER模型可以解決與開(kāi)發(fā)暗物質(zhì)模型相關(guān)的一些挑戰(zhàn)，但創(chuàng)建它絕非易事。
“這項(xiàng)研究讓我感到震驚的一點(diǎn)是，要繞過(guò)對(duì)暗物質(zhì)的通常限制是多么困難，”McGehee說(shuō)。“當(dāng)我第一次想到相變?nèi)绾卫@過(guò)嚴(yán)格的宇宙學(xué)約束，并提供一個(gè)嚴(yán)肅的暗物質(zhì)基準(zhǔn)時(shí)，我非常興奮，天真地希望在幾個(gè)月內(nèi)寫(xiě)出一篇論文。
“幾年后，我和我的合作者發(fā)現(xiàn)，即使是這種相變的假設(shè)，也不足以保證任何新的暗物質(zhì)模型都必須面對(duì)并克服許多嚴(yán)重的界限。”
McGehee指出，如果未來(lái)的暗物質(zhì)探測(cè)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，似乎很輕的暗物質(zhì)經(jīng)常從原子核上散射，HYPER模型可能是物理學(xué)家解釋這一觀察結(jié)果的唯一模型。
“這對(duì)我和我的合著者來(lái)說(shuō)將是一個(gè)極其令人興奮的環(huán)境，”他總結(jié)道。
該團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》雜志上。

(責(zé)任編輯：時(shí)尚)