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[转帖] 【科技】围绕暗物质的新疑云

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【科技】围绕暗物质的新疑云

近几次通过高能物理搜寻暗物质所发现的“信号”吊起了人们的胃口,而这更有可能是传统天体物理学的结果,并非首次初步探测到宇宙中失踪的质量,持怀疑态度的天体物理学家们说道。
“十年前,如果没有首先进行反复核查,没有人会贸然说信号不可能是源自某种常规的天体。”克利夫兰市凯斯西储大学(Case Western Reserve University)天体物理学家斯特西·麦戈高夫在接受福布斯采访时说道。他说:“可如今的态度似乎是,如果没有马上认出这是什么,那一定就是暗物质;谎报‘狼来了’的行为没有遭到任何惩罚。”
即便如此,理论上的可能性仍然很高。
这是因为大半个世纪以来,宇宙学中的“冷暗物质”一直被用来解释许多宇宙可见物质所表现出的引力动力学;其中包括像我们的银河系这样的巨大星系的自转速率。
“星系中直接可见的物质所产生的引力,远远不足以将各个星系聚拢在一起;如果用标准物理定律来计算引力的话,学术界就要引入暗物质来解释那部分额外的引力。”以色列魏兹曼研究所(Weizmann Institute)物理学家莫德采·米尔格若姆(Mordehai Milgrom)告诉福布斯道。
而且“外来的”非重子暗物质在理论上主要是通过引力的形式与常规物质发生作用,因此暗物质的探测本身就是个难题。即便如此,大多数宇宙学家接受这样的观点,即在宇宙失踪质量中常规暗物质可能占到85%之多。
引入暗物质的需要,要么与看不见的外来粒子有关,这种粒子远远超出了已知物理学的范畴,要么是新物理学的产物,该物理学认为在极大尺度结构上引力的表现方式是不同的。然而这两种假设都不容易被证实。
然而,几十年来,实验物理学家在地面和太空,通过实验室观测和天文观测寻找这一失踪的部分。
本月《物理评论快报》(Physical Review Letters)上的一篇文章指出,最近一次观测就涉及英仙座星系团和附近的仙女座星系所发出的X射线。
利用欧洲太空总署的XMM-牛顿X射线太空望远镜,瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)粒子物理和宇宙学实验室以及荷兰莱顿大学(Leiden University)的研究人员们报告称,观察到的过量X射线光子可能就是惰性中微子衰变的信号。也就是迄今为止未经证实的、假设的暗物质粒子。
“自2005年以来,我们就一直在搜寻这一信号。”该论文的第一作者、莱顿大学物理学教授阿列克斯·博亚斯基(Alexey Boyarsky)告诉福布斯。他还说:“该信号的强度接近实验设备灵敏度的下限,如果容易发现,我们早就发现了。”
博亚斯基指出,在所有与信号的暗物质解释相一致的模型中,惰性中微子可能是最简单也是最自然的一种。他说,这种粒子仅通过与常规中微子在量子力学上的“搅拌”效应跟常规物质发生作用。
因此,博亚斯基说,它很难“捕捉”。
麻省理工学院(MIT)物理学家保罗·祖肯(Paolo Zuccon)提出了不同看法,认为惰性中微粒子的存在也没被证实。“它的质量、特性、尤其是衰变方式还全是猜测。”祖肯在接受福布斯采访时说道,“总而言之,这一说法有些牵强。”
或者如麦戈高夫所说:“根据这些数据,我不会称已经探测到任何物质。这看起来是对嘈杂的天文数据做出过度解读的一个典型案例。”
不过,祖肯自己一直利用架设在国际空间站(ISS)外部的一个光谱仪,参与搜寻这种隐秘物质。
祖肯及其同事分析了阿尔法磁谱仪(AMS)在两年半里所收集到的数据,这一ISS粒子探测器记录了大量来自星系的宇宙射线。他们发现正电子超标,这些正电子的能量在8G电子伏特左右,研究人员称与一些暗物质模型相吻合。
“但我们还不能将暗物质假说和脉冲星等天体物理源区分开来。”祖肯说道,他参与了利用阿尔法磁谱仪搜寻暗物质的工作。“只有当阿尔法磁谱仪或其他测量仪收集到更多数据时才会得出答案。”
不过,正如本月初《自然》新闻(Nature News)所报道,欧洲太空总署的普朗克望远镜(Planck telescope)没能在宇宙微波背景(Cosmic Microwave Background)下发现类似的正电子过量迹象。如果暗物质粒子在本初宇宙中也以相似的速度碰撞和湮灭的话,理应会被发现。
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