暗物質(zhì)聽起來似乎神秘莫測(cè),、遙不可及,。其實(shí),，你隨意抬起手的一瞬間，就有可能碰觸到無數(shù)神秘的暗物質(zhì),。

　　暗物質(zhì)看不見,、摸不著，但在以往的研究中,，又有許多證據(jù)證實(shí)其在宇宙中普遍存在。長(zhǎng)久以來,，無數(shù)學(xué)者對(duì)暗物質(zhì)展開研究,，但關(guān)于暗物質(zhì)粒子的物理性質(zhì)及其在早期宇宙中的起源，科學(xué)家仍舊知之甚少,。

　　11月4日,，據(jù)國外媒體報(bào)道，來自澳大利亞墨爾本大學(xué),、歐洲核子中心,、美國萊斯大學(xué)等的研究人員組成的國際研究團(tuán)隊(duì)，提出了一種關(guān)于暗物質(zhì)的新觀點(diǎn),。他們認(rèn)為,，宇宙大爆炸時(shí)期，等離子體一級(jí)相變?nèi)缤粡垶V網(wǎng),，“過濾”掉了大部分暗物質(zhì),，僅有少數(shù)暗物質(zhì)留存下來，才演變成當(dāng)今宇宙的“暗物質(zhì)地圖”,。

　　宇宙早期 暗物質(zhì)比現(xiàn)在多得多

　　要了解這項(xiàng)研究,，需要從宇宙大爆炸學(xué)說講起?？茖W(xué)家推測(cè),，宇宙混沌之初，世界萬物皆起源于一個(gè)致密熾熱的奇點(diǎn),，隨后宇宙不斷膨脹,，就像發(fā)生了一次大爆炸。近140億年間,，彌漫著等離子體的宇宙不斷變冷,，物質(zhì)密度也不斷變低。

　　目前的天文觀測(cè)證據(jù)顯示,，暗物質(zhì)在整個(gè)宇宙中所占的組分大約是22%,。或許有人會(huì)驚嘆于當(dāng)今宇宙暗物質(zhì)占比之大,。但事實(shí)上,，以往研究表明,，暗物質(zhì)在早期宇宙時(shí)的占比更大。

　　為什么暗物質(zhì)變少了,？該研究認(rèn)為,，低能量的暗物質(zhì)被“過濾”掉了。

　　“我們認(rèn)為,，暗物質(zhì)并非宇宙中等離子體逐漸冷卻的結(jié)果,，而是由等離子體一級(jí)相變（FOPT）突然觸發(fā)的產(chǎn)物。在這一相變過程中,，暗物質(zhì)粒子獲得了質(zhì)量,，而低能量粒子則從等離子體中被‘過濾’出去了?！蔽恼碌谝蛔髡?、澳大利亞墨爾本大學(xué)物理學(xué)院研究人員貝克在文章中寫道。

　　北京大學(xué)物理學(xué)院研究員劉佳在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示,，大爆炸后的早期宇宙充斥著各種各樣的粒子,，包括如今我們看得見的粒子；也包括看不見的粒子,，比如暗物質(zhì),。

　　如果將宇宙看成是一鍋湯，早期宇宙隨處可見的等離子體就是這鍋湯的主要組成部分,。各種粒子就像是湯中的牛羊肉,、丸子、胡蘿卜塊等食材,，暗物質(zhì)也是食材之一,，好比羊肉塊。

　　假如這口宇宙大鍋在某一時(shí)刻突然降溫,，熱氣騰騰的水發(fā)生了相變,，于是這鍋湯從某些地方開始結(jié)冰，最終冰塊延展到整個(gè)鍋,，就成了我們現(xiàn)在所看到的宇宙,。

　　“日常生活中，讓水中的羊肉進(jìn)入到已經(jīng)結(jié)冰的湯中絕非易事,。同理,，早期宇宙中暗物質(zhì)想要進(jìn)入到已經(jīng)相變的等離子體‘氣泡’中也沒那么容易，只有高能量的暗物質(zhì)可以進(jìn)去,?！眲⒓堰M(jìn)一步解釋，在宇宙“由水變成冰”的過程中,，只有能夠順利進(jìn)入到“冰”中的暗物質(zhì)才會(huì)被保存下來,，成為我們現(xiàn)在能夠預(yù)測(cè)到的暗物質(zhì),。也就是說，早期宇宙等離子體的相變過程就像是筑起了一道閘門,，只有極少數(shù)高能量暗物質(zhì)能夠順利保存下來,，而那些占大多數(shù)的低能量暗物質(zhì)則被拒之門外，或轉(zhuǎn)化為如今我們能夠看得見的粒子,，或以其他不為人知的方式消失,，遍尋不見。

　　突破限制 高能量暗物質(zhì)更易“存活”

　　“這是一個(gè)非常有趣新穎的觀點(diǎn),?！眲⒓驯硎荆摍C(jī)制突破了100萬億電子伏（TeV）的熱退耦機(jī)制（freeze-out）中暗物質(zhì)的幺正限制,，為超重暗物質(zhì)提供了一種新的產(chǎn)生機(jī)制。

　　熱退耦機(jī)制,，是暗物質(zhì)起源的主流觀點(diǎn)之一,。在宇宙最初高溫的時(shí)候，粒子之間碰撞概率很高,，此時(shí)暗物質(zhì)與普通粒子可以相互轉(zhuǎn)換,，二者處于熱平衡的狀態(tài)。比如,，2個(gè)暗物質(zhì)粒子可以轉(zhuǎn)換成2個(gè)普通粒子,，反之亦然。

　　隨著宇宙膨脹,，溫度逐漸降低,，粒子之間的間隔逐漸變遠(yuǎn)。這時(shí),，2個(gè)暗物質(zhì)粒子還是可以轉(zhuǎn)換成2個(gè)普通粒子,，但2個(gè)普通粒子卻不能再轉(zhuǎn)換成2個(gè)暗物質(zhì)粒子了。因?yàn)槠胀Ｗ拥哪芰颗c溫度相關(guān),，宇宙變冷了,，它們的能量也相應(yīng)下降了，不能再支撐其與暗物質(zhì)等比轉(zhuǎn)化,。這就解釋了暗物質(zhì)數(shù)量為何由多變少,。另一方面，由于粒子間碰撞的概率降低,，這種轉(zhuǎn)換的機(jī)會(huì)也少了,，所以經(jīng)過百億年的演變，暗物質(zhì)數(shù)量逐漸固定下來,。

　　劉佳告訴科技日?qǐng)?bào)記者,，熱退耦機(jī)制要求暗物質(zhì)的能量必須小于100TeV,，但是貝克等人提出的新機(jī)制卻與之不同，高能量的暗物質(zhì)反而會(huì)更容易“存活”下來,。

　　事實(shí)上,，此前關(guān)于暗物質(zhì)的起源學(xué)說并非熱退耦機(jī)制一枝獨(dú)秀，學(xué)界還有很多其他觀點(diǎn),。

　　有學(xué)者在熱退耦機(jī)制基礎(chǔ)上提出了“改進(jìn)版”,，還有學(xué)者提出了冷凍耦合機(jī)制（freeze-in）、超輕暗物質(zhì)的偏移模型等,。熱退耦機(jī)制的“改進(jìn)版”觀點(diǎn)認(rèn)為,，暗物質(zhì)也可能轉(zhuǎn)換成我們目前認(rèn)知之外的粒子。也就是說,，暗物質(zhì)粒子不只是一種單一粒子,，有可能會(huì)細(xì)分成更多粒子，它們或許在我們看不見的地方構(gòu)成了一個(gè)與我們所在的世界完全不同的“暗世界”,。這樣的世界是否真的存在,？科學(xué)家為此不斷探索，希望有一天能揭開它的神秘面紗,。

　　探尋蹤跡 科學(xué)家多管齊下

　　“目前來看,，人們對(duì)于暗物質(zhì)的認(rèn)知也許只會(huì)受限于想象力?！眲⒓迅嬖V科技日?qǐng)?bào)記者,，如果想要驗(yàn)證這些觀點(diǎn)是否正確，最有利的證據(jù)還是要真正找到暗物質(zhì),。

　　尋找暗物質(zhì)有直接探測(cè)和間接探測(cè)之分,。

　　直接探測(cè)的方式類似于守株待兔。中國科學(xué)院院士,、國家天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)常進(jìn)2020年7月在一場(chǎng)科普直播活動(dòng)中表示,，我們生活在一團(tuán)暗物質(zhì)云中，每秒鐘可能有幾百萬甚至上千萬的暗物質(zhì)粒子穿過我們的身體,。

　　直接探測(cè)暗物質(zhì)的方法之一,，就是利用精密的儀器密切觀察大量的原子核，如果足夠幸運(yùn),，某一時(shí)刻暗物質(zhì)碰撞到某個(gè)原子核,，會(huì)在原子核上留下殘余能量。

　　當(dāng)然,，這種能量波動(dòng)極其微弱,，而且宇宙中的各種射線同樣也有機(jī)會(huì)與這個(gè)原子核來一場(chǎng)親密的邂逅，從而對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生干擾,。

　　因此,，旨在直接探測(cè)到暗物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室通常會(huì)建于極深的地下或山下,，盡最大可能屏蔽掉這些干擾。例如位于我國四川的錦屏深地核天體物理實(shí)驗(yàn)室,，其上垂直巖石的覆蓋就厚達(dá)2400米,。

　　間接探測(cè)則致力于尋找暗物質(zhì)的“兒子”。學(xué)者認(rèn)為,，暗物質(zhì)可以通過湮滅產(chǎn)生極高能的光子,、正負(fù)電子、正反質(zhì)子或者中微子,。如果我們能在眾多天文信號(hào)中剝離出這些暗物質(zhì)相關(guān)的信號(hào),，也許就能找到暗物質(zhì)存在的蛛絲馬跡。我國發(fā)射的“悟空”號(hào)暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星正是致力于此,。

　　遺憾的是,，到目前為止，不論是通過哪種探測(cè)暗物質(zhì)的方法,，國內(nèi)外學(xué)者都沒有真正找到暗物質(zhì)的蹤跡,。雖然耗時(shí)費(fèi)力，但對(duì)于虛無縹緲的暗物質(zhì),，探索的腳步從未終止,?！肮び破涫?，必先利其器?；A(chǔ)科學(xué)需要一些高精尖的裝置,，也需要將這些裝置做到極致，這將會(huì)間接推動(dòng)相關(guān)行業(yè)發(fā)展,。而科學(xué),，往往會(huì)在這個(gè)過程中獲得新奇的發(fā)現(xiàn)，或許將會(huì)掀起又一場(chǎng)科技革命,?！眲⒓颜f。（于紫月）

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