暗光子理论或许能解释暗物质的神秘之处

暗光子理论对暗物质的解释

科学家们最新的研究认为：“暗光子”这种重粒子有可能成为暗物质和正常物质（构成行星、恒星和我们自身的物质）之间的联系途径。

一张示意图，展示了环绕在银河周围的暗物质光晕

“暗光子”是一种理论推测出来的重粒子，但它很可能向我们揭示了宇宙中最为神秘的暗物质的真相。

对物理学家来说，暗物质是一个巨大的未解之谜：尽管它构成了宇宙中85%的物质，但却无法被观测到。这是因为暗物质无法和光发生作用，而构成星球和我们身体的正常物质却很容易在光线下被观测到。暗物质只能根据引力的变化，或者对普通物质的影响来推断其是否存在。

宇宙的85%是不可见的暗物质，无法被光学、射电望远镜探测到

光的本质是电磁波，这种和电磁波不会产生交互的奇特现象，揭示了暗物质的构成应该不是普通的质子、中子这类粒子。这一想法启发了科学家，一些人开始寻找构成暗物质的基本粒子。而且考虑到暗物质在宇宙中的巨大占比，这种粒子的数量应该远大于构成普通物质粒子（也称为重子）的数量，大概比例为5：1。

虽然“暗光子”未必真的会构成暗物质，但是它们可以像普通光子那样传递相互作用力。更确切地说，这些“暗光子”可以传递电磁相互作用力。如果能够证实它们传输某种“暗”电磁力，则暗光子就会成为暗物质和重子构成的正常物质之间的“桥梁”。这种“桥梁”很可能是通过和普通光子之间的运动耦合过程来实现的。

电磁相互作用力是处于电场、磁场或电磁场的带电粒子所受到的作用力，也是大自然四种基本力之一

不管怎样，对这种相互作用的进一步研究，可以帮助我们理解暗物质。

阿德莱德大学物理学教授安东尼•托马斯评价了当前科学界对暗物质的理解：“我们可以从引力的相互影响中推断暗物质的存在，全世界的物理学家也付出了很多努力，但是目前仍然无法搞清楚暗物质的本质。”

托马斯教授所在的团队正在进行一项研究：在极高能量下，“暗光子”与普通光子的运动耦合是如何对粒子碰撞进行影响的。这个研究能够在极小的空间范围（小于一个原子的大小）下，向科学家揭示宇宙之谜，以及在这一尺度下的物理学定律。

托马斯教授说：“在我们最新的研究中，我们基于非弹性散射过程的完整实验结果，分析了暗光子的潜在影响”。

在非弹性散射过程中，粒子像台球一样相互撞击，引起系统的动能改变。这种非弹性碰撞是在1922年观测X射线穿过一层薄石墨片时被发现的，通过这个过程，科学家们可以观察重子对其它粒子如电子、中子和μ介子的影响，从而对重子构成的物质以及重子本身进行了解。

研究团队使用了最先进的分析框架来测量这些粒子的分布情况，以研究夸克、反夸克、胶子这些粒子（它们构成质子或中子）在碰撞后获得动量的分布情况。这种方法称为杰斐逊实验室角动量合作机构的部分子分布函数全局分析框架。但研究人员修改了这个架构中的理论，以允许暗光子的存在。

这一研究表明暗光子假设比忽略暗光子的粒子物理标准模型更加合理，托马斯教授相信在其它一些情况下，这对于发现新粒子具有重要意义。

搜寻暗光子的科学仪器，科学家们已做了大量努力去揭示暗物质的真相

虽然这项研究并不能证明“暗光子”的存在，但是它可以将暗光子存在的条件进一步明确化，并进一步理解“暗光子”与普通光子的运动耦合过程。针对未来对暗光子存在性的研究思路，研究团队认为应该着重提升对实验系统中所有可观测对象的统计分析能力。

这项研究成果发布在9月15日高能物理期刊上。

BY: Robert Lea

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