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暗宇宙里的隐秘生活2

2011-10-03  doraldm

暗宇宙里的隐秘生活

时间:2010-12-15 10:58 来源:《环球科学》2010年第12期
暗物质和暗能量构成的“暗宇宙”,与我们的宇宙交织在一起。虽然看不见也摸不着,但暗宇宙中的暗居民们或许过着跟我们一样丰富精彩的隐秘生活。
  

 

     根据WIMP 粒子的预期质量以及它们的相互作用强度(这决定了它们彼此湮灭的发生频率),物理学家很容易就能计算出应该会有多少WIMP 粒子被保留下来。令人惊讶的是,这样计算出来的 WIMP 粒子数量不多不少,在质量和相互作用强度的估算精度之内,刚好能够解释今天宇宙中的暗物质。如此不同寻常的吻合,被科学家称为“WIMP 巧合”(WIMP coincidence)。为解决粒子物理学领域的百年难题而被提出的粒子,就这样干净利落地解释了宇宙学的观测事实。

     这条证据链同样暗示,WIMP 粒子几乎不发生相互作用。简单估算一下就能够预言,从你开始阅读这篇文章时算起,已经有将近十亿个这样的粒子从你的身体里穿过,除非你极其幸运,否则不会 有任何一个粒子产生任何可以识别的影响。平均需要一年的时间,你才有可能遇到一个 WIMP 粒子,被你细胞里的原子核散射,释放出极其微弱的能量。为了有希望检测到这样的事件,物理学家建起了粒子探测器,长期监测大量的液体或者其他物质。天文学 家还在寻找星系中的辐射爆发现象,这可能标志着在星系中盘旋的 WIMP 粒子发生了罕见的碰撞及湮灭事件。寻找WIMP 粒子的第三种方法,则是在地球上的实验室里尝试着去合成它们。

 

 

    银色子弹


 

    著名的子弹星系团是天文学家手中最令人信服的暗物质证据之一。它实际上是一对相撞的星系团。碰撞并没有影响星系里的恒星(可见光图像),因为在星系团尺度下,恒星实在是太小了,但星际气体云狠狠地撞在了一起,释放出X 射线(粉色)。暗物质(蓝色)的引力扭曲了背景天体发出的光,暴露了它自身的存在。暗物质与恒星依然交融在一起——表明不论是什么粒子构成了暗物质,它们都非常不喜欢发生相互作用。制条件,排除了一大类理论模型。尽管这些观测结果“毫无结果”,但理论上存在一个复杂暗宇宙的情形现在已经深入人心,以至于许多科学家认为,如果真的证明暗物质不过是一团团毫无差别的WIMP 粒子,反倒会令人大跌眼镜。毕竟,可见物质由一大堆各种各样的粒子构成,发生着由更深层次优美对称原理决定的多种相互作用,没有迹象表明,暗物质和暗能量会有任何不同。我们或许不会遇到暗恒星、暗行星或者暗人类,但就像我们很难想象没有了海王星、冥王星(Pluto)和一大堆更偏远天体的太阳系会是一个完整的太阳系一样,或许有朝一日,我们也将很难想象没有一个错综复杂而且令人着迷的暗世界的宇宙会是一个完整的宇宙。

 

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