新闻动态
您的当前位置:时时彩平台评测网 > 新闻动态 > 数学模型可能会解释什么是暗物质

数学模型可能会解释什么是暗物质

2018-05-20
分享到:

奥斯陆大学的astroparticle物理学领先理论家Are Raklev推出了一个模型,解释暗物质可能由什么组成,以及如何通过实验发现不可见颗粒。 /

天体物理学家在过去的80年中已经知道,大部分宇宙都是由一个未知的暗物质构成的。解决这个谜团的方法现在可能就在眼前。

“我们正在寻找我们的粒子动物园的新成员,以解释暗物质。我们知道这是一只非常奇特的野兽。我们发现了一个合理的解释,“奥斯陆大学物理系的粒子物理学副教授拉克列夫说。他是大学物理学领域的理论家,并推出了一个模型来解释暗物质可能由什么组成,以及如何通过实验发现不可见粒子。

即使暗物质是隐形的,天体物理学家也知道它存在。如果没有这个暗物质,就不可能解释宇宙中可见物体如何结合在一起。

80年的战斗

世界着名的瑞士物理学家Fritz Zwicky早在20世纪30年代就开始猜测暗物质可能是什么。

天体物理学家计算出,宇宙中所有质量的80%是黑暗无形的物质。归功于重力,这个暗物质就像平常一样聚集在一起。

暗物质可以解释为什么星星像他们一样移动。暗物质也可以解释星系的旋转速度。

“尽管我们可以计算出宇宙中有多少暗物质,但我们对暗物质的含义知之甚少。暗物质中的粒子必须具有很多质量,或者必须有很多质量。中微子满足暗物质的所有要求。但是有一个很大的困难。他们的质量太少了。“

Raklev现在正在试图证明暗物质是由重力图组成的。这是一个多年来受到不公正待遇的微粒。

那么什么是引力音?保持紧张:gravitinos是引力子的超对称伙伴。

或者,更准确地说:

“Gravitino是假设的粒子引力子的假设的超对称伙伴,所以也不可能预测出比这更多的假设粒子,”Raklev笑着说,他在他的网页上写道,他正在他的沙发下寻找黑色材料和其他地方。

为了更深入地探究为什么拉克列夫相信暗物质是由引力子组成的,并且完全有机会理解引力子背后的理论,阿波罗必须采取几个步骤:

第1步:超对称

物理学家想要知道自然是否是超对称的。超对称意味着物质和力量之间存在对称性。对于每种类型的电子和夸克,都有一个相应的重对称超对称伙伴。超对称粒子是在大爆炸后的瞬间创建的。如果其中一些已经存活到今天,它们可能就是暗物质构成的。

正如阿波罗恩所说,gravitino的超对称伙伴是引力子。

“引力子就是我们所认为的介导引力的粒子,就像光子一样,光粒子介导电磁力。虽然引力子根本不称量,但引力子可能会衡量很多。如果自然是超对称的并且引力子存在,那么引力子也存在。反之亦然。这是纯粹的数学。“

但有一个小但是。物理学家在设法统一所有自然力量之前,无法证明引力子和引力子之间的关系。

第二步:自然的力量

物理学家要做的最重要的事情之一是将所有自然力量统一在一个理论中。在上个世纪中叶,物理学家发现电力和磁力是自然力量的一部分。此后,这股力量被称为电磁。其他两种自然力量是强大的核力量和弱的核力量。其中,放射性之中可以看到弱的核力量。强大的核力量强度是上百亿倍,并将中子和质子结合在一起。

在20世纪70年代,电磁学与物理学家称之为标准模型的强大和薄弱的核力量相统一。

大自然的第四种力量是重力。尽管跌倒楼梯令人难以置信,但引力是自然界四种力量中最弱的一种。

问题在于物理学家还没有能够与其他三种自然力量相统一。当物理学家对所有四种自然力量有一个统一的理解时,他们将获得对世界的独特理解。这将能够描述自然界中所有可能粒子之间的所有可以想象的相互作用。物理学家称之为ToE理论(万物理论)。

“为了使引力与其他三种自然力相统一,我们必须将引力理解为量子理论。这意味着我们需要一个理论,其中粒子引力子包含在原子核中。“

研究人员正在寻找超对称和ToE理论的标志。发现引力子将是朝这个方向迈出的一大步。

揭示暗物质

正如读者可能已经理解的那样,研究暗物质是非常困难的。这是因为暗物质与地球粒子根本没有电磁关系。暗物质的一个例子就是上述的中微子。不幸的是,中微子只是暗物质的一小部分。

尽管不可能观察到暗物质,但每秒钟有数十亿中微子通过你的身体。但是,它们的速度有限。粒子的移动速度与太阳系绕银河系移动的速度一样慢。换句话说,每秒仅有400公里。

“当与可见粒子没有电磁关系时,粒子可以通过我们,而无需任何测量仪器检测它们。这就是超对称性的来源。如果超对称性是正确的,物理学家可以解释为什么宇宙中存在暗物质。这对我的工作很有趣,“拉克列夫笑道。

他现在断言暗物质主要由重力物质组成。

“超对称简化了一切。如果ToE理论存在,换句话说,如果能够统一自然的四种力量,那么Gravitinos必定存在。“

大爆炸后,Gravitinos就形成了。

“大爆炸发生后不久,我们遇到了一堆相撞的颗粒。在强核力中作为承力颗粒的胶子与其他胶子碰撞并发出引力子。大爆炸后形成了许多引力子,而宇宙仍然是血浆。所以我们解释了为什么Gravitinos存在。“

改变了寿命

物理学家们到现在为止已经把引力视为一个问题。他们认为超对称理论不起作用,因为有太多的引力子。

“因此物理学家努力从他们的模型中去除引力子。另一方面,我们发现了一个新的解释,它将超对称模型与由重力图组成的暗物质相结合。如果暗物质不稳定,但寿命很长,就有可能解释暗物质是如何构成引力子的。“

在旧模式中,暗物质永远是永恒的。这意味着重力对象是超对称模型的一个令人烦恼的部分。在拉克列夫的新模式中,他们的寿命不再是无穷无尽的。尽管如此,Gravitinos的平均寿命很长,实际上比宇宙的寿命更长。

然而,无休止的寿命与超过150亿年的寿命之间存在着巨大的差异。由于寿命有限,Gravitinos必须转换成其他粒子。正是这种可以测量的转换效果。转换解释了模型。

“我们认为几乎所有的暗物质都是严重的。解释在于非常困难的数学。我们正在开发计算这些理论后果的特殊模型,并且我们预测在实验中如何观察这些粒子。“

测量正在进行中

研究人员现在试图通过实验来验证这一点,并解释为什么这些新粒子还没有在瑞士日内瓦的CERN实验中看到。

“另一方面,从理论上讲,应该从太空探测器观察它们。”

观察引力子的最简单方法可能是研究如果两个粒子在宇宙中碰撞并转化为其他粒子如光子或反物质会发生什么。

尽管碰撞事件很少发生,但宇宙中仍然存在太多的暗物质,应该能够产生大量的光子。

最大的问题是Gravitinos不会相互碰撞。

“至少它发生得很少,我们永远不希望观察它。”

尽管如此,仍然有希望。

“幸运的是,Gravitinos不是百分之百稳定。他们在某些时候被转换成别的东西。我们可以预测Gravitinos转换后的信号。转换将发出一个小电磁波。这也被称为伽马射线。“

美国宇航局费米-LAT空间探测器目前正在测量伽马射线。一些研究小组正在分析这些数据。

“到目前为止,我们只看到噪音。但其中一个研究小组声称他们从我们星系的中心观察到一小部分可疑的伽玛射线。他们的观察可能适合我们的模型,“在黑暗物质的非常困难的数学模型背后的那个人,理论粒子物理副教授Are Raklev说。

来源:奥斯陆大学的Yngve Vogt

图片:Yngve Vogt; NASA