尋找暗物質(zhì)：可能由奇特“半磁體”組成

　　直到現(xiàn)在，科學(xué)家還不知道暗物質(zhì)由什么構(gòu)成，也無法真正探測到它們

　　北京時間9月4日消息，據(jù)國外媒體報道，宇宙中彌漫著一種看不見的物質(zhì)，它能改變恒星和星系的路徑，這就是所謂的暗物質(zhì)。它表現(xiàn)出萬有引力的影響，但從未與光發(fā)生相互作用，直到現(xiàn)在，科學(xué)家還不知道暗物質(zhì)由什么構(gòu)成，也無法真正探測到它們，不過，一種新的理論很可能為探測暗物質(zhì)提供新的方法。

　　來自美國加州大學(xué)戴維斯分校的理論物理學(xué)家在簡報中稱，暗物質(zhì)可能由奇特的“半磁體”組成，通過一個功能強大的電子顯微鏡(目前還不存在)，未來科學(xué)家或許能夠最終探測到它們。

　　然而，并不是所有的物理學(xué)家都同意這一觀點。德國法蘭克福高等研究院的研究人員認(rèn)為這個理論很簡潔，但前景并不看好，你可以發(fā)明無限多的粒子來組成暗物質(zhì)，這只是其中一種。

　　“對于每一種粒子，你都可以做大量的計算，發(fā)表論文，構(gòu)思實驗，然后你可以為這些實驗爭取資金。”如果你真的很幸運，有人會做你的實驗——然后什么也不會發(fā)現(xiàn)。”

　　對暗物質(zhì)的探索

　　雖然許多理論預(yù)測了暗物質(zhì)的存在，但我們并不知道暗物質(zhì)到底是什么樣子，也不知道它是由什么構(gòu)成。許多物理學(xué)家相信，暗物質(zhì)是由一些尚未被發(fā)現(xiàn)的粒子組成的，很長一段時間以來，弱相互作用大質(zhì)量粒子(Weakly Interacting Massive Particle， 簡稱WIMP)被認(rèn)為是暗物質(zhì)最有可能的“候選者”。

　　多年來，科學(xué)家使用強大的粒子加速器來尋找這些緩慢的、沒有電荷的粒子，但隨著時間的推移，物理學(xué)家排除了越來越多的WIMP候選粒子的可能性，這個流行的觀點也失去了吸引力，盡管還沒有完全排除，但在過去的10年里，人們一直在考慮WIMP之外的其他可能性。

　　另一種理論認(rèn)為，暗物質(zhì)實際上是由光粒子(即光子)組成的，除了我們能看到的普通光子，可能還存在一些我們看不到的光子。這些所謂的“暗光子”是假想的粒子，它們有質(zhì)量，但比電子輕，暗光子會與常規(guī)光子相互作用——盡管相當(dāng)微弱。

　　在這項新研究中，物理學(xué)家在暗光子理論的基礎(chǔ)上，提出暗物質(zhì)也可能是由“暗半磁體”組成的，這些假想的半磁體是磁單極子的暗物質(zhì)版本。在理論物理學(xué)中，磁單極子是假設(shè)的僅帶有單一磁極的基本粒子——類似于只帶負(fù)電荷的電子。20世紀(jì)30年代，物理學(xué)家保羅•狄拉克(Paul Dirac)在數(shù)學(xué)上論證了磁單極子存在的可能性，然而，盡管科學(xué)家尋找了數(shù)十年，但至今還沒有在自然界中找到任何證明磁單極子存在的證據(jù)。

　　狄拉克不僅提出了磁單極子的概念，他還提出，在磁單極子周圍運動的電子會受到其磁場的影響，那么這些暗半磁體就潛伏在宇宙的某個地方;而如果它們的行為類似于狄拉克提出的磁單極子，那它們也會在電子的路徑中留下微妙的線索。

　　如果存在暗單極子，那它們就會發(fā)射出暗光子，后者能在被電子吸收之前轉(zhuǎn)化為常規(guī)光子，這種相互作用會導(dǎo)致電子旋轉(zhuǎn)或稍稍改變軌道，產(chǎn)生一種稱為阿哈羅諾夫-玻姆效應(yīng)的干涉圖樣。電子不僅僅是粒子，它們同時也是波，當(dāng)電子的“波動方程”中的波峰和波谷相互疊加或抵消時，就會形成一系列平行的明暗線，即出現(xiàn)干涉圖樣，科學(xué)家或許能夠利用電子顯微鏡探測到電子干涉圖樣中這種非常微小的變化。

　　被太陽激發(fā)的暗物質(zhì)

　　在我們的體內(nèi)和周圍——包括探測暗物質(zhì)的電子束顯微鏡的內(nèi)部和周圍——可能都存在著暗物質(zhì)。如果要通過電子受到的擾動來探測暗物質(zhì)，那組成暗物質(zhì)的奇特半磁體就需要有足夠強的磁場，這意味著，這些半磁體需要有很多能量。

　　經(jīng)過太陽附近的單極子可能會變得活躍，它們會獲得更多的能量，然后到達(dá)地球，在這些活躍的單極子中，每天大約會有5個穿過他們所提出的電子束顯微鏡。由暗半磁體引起的電子相位變化非常之小，為了探測到它，我們需要非常高分辨率——可能要比現(xiàn)有的高5倍——的電子束顯微鏡，我們或許可以“讓這些擁有超級電子顯微鏡的人有興趣尋找暗物質(zhì)”，否則我們就可能不得不只為了發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)而另外建造一個。

　　目前，物理學(xué)家們提出了許多相互競爭的暗物質(zhì)理論，對早期宇宙如何形成提出了完全不同的看法。這項新研究的結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在預(yù)印本雜志arXiv上，還沒有經(jīng)過同行評審。
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