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人类身边的暗物质,暗物质暗能量占比

2020-12-10 06:45:34博名知识网
Nasa暗物质听起来神秘而遥远。其实你随意举手,就能摸到无数神秘的暗物质。暗物质是不可见的,看不见的,但前人的研究中有很多证据证明它在宇宙中广泛存在。无数学者研究暗物质的时间很长,但科学家对暗物质粒子的物理特性及其在早期宇宙中的起

Nasa

暗物质听起来神秘而遥远。其实你随意举手,就能摸到无数神秘的暗物质。

暗物质是不可见的,看不见的,但前人的研究中有很多证据证明它在宇宙中广泛存在。无数学者研究暗物质的时间很长,但科学家对暗物质粒子的物理特性及其在早期宇宙中的起源仍然知之甚少。

11月4日,据外媒报道,由澳大利亚墨尔本大学、莱斯大学、欧洲核研究组织等研究人员组成的国际研究小组。对暗物质提出新观点。他们认为,大爆炸期间第一阶段的等离子体相变就像一个过滤器,把大部分暗物质“过滤”出去,只剩下很少一部分存活下来,演变成当前宇宙的“暗物质图”。

早期宇宙中的暗物质比现在多得多

要理解这项研究,我们需要从大爆炸理论入手。科学家推测,宇宙混沌之初,世间万物都起源于厚重而炽热的奇点,然后宇宙继续膨胀,就像大爆炸一样。在过去的140亿年里,充满等离子体的宇宙变得越来越冷,物质的密度一直在下降。

目前的天文观测显示,暗物质约占整个宇宙的22%。有些人可能会对今天宇宙中的大部分暗物质感到惊讶。但事实上,之前的研究表明,暗物质在早期宇宙中所占的比例更大。

暗物质为什么会减少?得出低能暗物质被“过滤掉”的结论。

“我们相信暗物质不是宇宙中等离子体逐渐冷却的结果。它是由等离子人类身边的暗物质体的一级相变(FOPT)突然触发的产物。在这个相变过程中,暗物质粒子变质,低能粒子被“过滤”出等离子体这篇文章的第一作者,澳大利亚墨尔本大学的研究员贝克在文章中写道。

在接受《科技日报》采访时,北京大学物理系研究员刘佳说,大爆炸后的早期宇宙充满了各种粒子,包括我们今天所能看到的粒子;还有暗物质等看不见的粒子。

如果把宇宙想象成一锅汤,这汤的主要成分就是早期宇宙中随处可见的血浆。各种颗粒像牛羊肉,肉丸,胡萝卜等汤料。暗物质是成分之一,就像羔羊一样。

如果这个宇宙大锅在某个时刻突然降温,苏打水就相变了,所以汤从某些地方开始结冰。最后,冰块散落在大锅里,变成了我们现在看到的宇宙。

“在日常生活中,让水里的小羊进入冷冻汤并不是一件容易的事情。同样,在宇宙早期,暗物质相变后很难进入等离子体“泡”。只有高能暗物质才能进入。”刘嘉进一步解释说,在宇宙由水变冰的过程中,只保留了能够顺利进入“冰”的暗物质。变成我们现在可以预测的暗物质。换句话说,早期宇宙中等离子体的相变过程就像是在建一扇门。只能成功保存少量高能暗物质,占大多数的低能耗暗物质被排斥。或者变成我们今天能看到的粒子,或者以其他未知的方式消失。我到处都找不到他们。

突破限制,高能暗物质更容易“存活”

"这是一个非常有趣和新颖的观点. "刘佳说,这个机制突破了100万亿电子伏(TeV)热解耦合机制(冻结)中暗物质的单一极限,为超重暗物质提供了新一代机制。

热解耦合机制是暗物质起源的主流观点之一。一开始宇宙很热的时候,粒子之间的碰撞概率很高。此时暗物质和普通粒子可以相互转化,处于热平衡状态。比如两个暗物质粒子可以转化成两个普通粒子,反之亦然。

随着宇宙的膨胀,温度逐渐降低,粒子之间的间隔逐渐变长。此时两个暗物质粒子仍然可以转化为两个普通粒子,但是两个普通粒子已经不能转化为两个暗物质粒子了。因为普通暗物质暗能量占比粒子的能量与温度有关,宇宙变冷,它们的能量也相应减少。它不再支持暗物质的转化。这解释了为什么暗物质的数量会发生变化和减少。另一方面,随着粒子之间碰撞的可能性降低,这种转换的机会就更少了。因此,经过数百亿年的发展,暗物质的数量逐渐固定。

刘佳告诉《科技日报》记者,热解耦合机制要求暗物质的能量必须小于100 TeV,但贝克等人提出了新的机制。是不一样的。高能暗物质会更容易“存活”。

事实上,以前关于暗物质起源的理论在热解耦机制上并不是唯一的。学术界还有很多其他观点。

有学者提出了基于热解耦合机制的“改进版”,也有学者提出了冻结和超轻暗物质迁移模型。“改善”热解耦合机制的观点指出暗物质也可能转化成我们目前不知道的粒子。换句话说,暗物质粒子不仅是单个粒子,还可能被细分为更多的粒子,这可能构成一个“黑暗世界”,与我们生活在看不见的地方的世界完全不同。这样的世界真的存在吗?科学家们继续探索这一点,希望有一天能揭开它的神秘面纱。

探索足迹科学家采取多管齐下的方法

“目前,人们对暗物质的认识只能受到想象力的限制。”刘佳告诉《科技日报》记者,要想验证这些观点是否正确,最有利的证据就是真正找到暗物质。

寻找暗物质可以分为直接探测和间接探测。

直接检测的方法类似于等兔子。中科院院士、国家天文台台长张进在2020年7月的科普直播中说,我们生活在一个暗物质中,每秒钟可能有数百万甚至数千万个暗物质粒子穿过我们的身体。

直接探测暗物质的一种方法是用精密仪器近距离观察大量原子核。如果你足够幸运,在某个时刻,暗物质与某个原子核发生碰撞,在原子核上留下能量。

当然,这种能量波动非常微弱,宇宙中的各种射线都有机会与这个原子核紧密接触,会干扰实验结果。

因此,直接探测暗物质的实验室通常建在地下或山下。尽量屏蔽这些干扰。比如我国四川省锦屏深地球核天体物理实验室,上面垂直岩层厚2400米。

间接探测致力于发现暗物质的“儿子”。学者认为暗物质可以产生能量极高的光子、电子、正负质子或通过tri破坏中微子。如果能从众多天文信号中提取出这些与暗物质相关的信号,也许就能找到暗物质存在的线索。中国发射的“武功”暗物质粒子探测卫星正为此而努力。

遗憾的是,到目前为止,无论用什么方法探测暗物质,国内外学者都没有真正发现暗物质的踪迹。虽然需要时间和努力,但是探索虚幻的暗物质是没有止境的。如果工人们想做得好,我们必须首先改进我们的工具。基础科学需要一些复杂的设备,一定是极端的,会间接推动相关行业的发展。而科学在这个过程中有了新的发现,可能会引发另一场技术革命。刘佳说。

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