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标准模型给出了我们对亚原子世界的最佳理解，它成功描述了已知粒子家族的行为。可见的宇宙是由这些粒子组成的，它们通过四种基本力相互作用——强力、弱力、电磁力和引力。  一般来说，粒子的行为是由它与之相互作用的力决定的。我们可以将力视为粒子用来交流的语言。任何带电粒子都会受到电磁力的影响，并可以通过交换光子与其他带电粒子进行通信。但是对于像中微子这样的电中性粒子来说，电磁力是一种它不会说的语言。中微子不受这种力的影响，因此它们对光子来说几乎是不可见的。 考虑这些东西的一种更技术性的方法是从量子场的角度来看，其中每个粒子和力都是其自身场中的振动。这些场充满宇宙彼此重叠：如果一个粒子场与之相连，再加上一个力场，那么它就可以说出那个力的语言。万有引力是一种通用语，是每一个有质量的粒子都能说的通用语言。但引力与其他力有点不同，它不是标准模型的一部分，我们甚至不知道它是否有量子场。  暗物质粒子特性 暗物质粒子的主要要求是它不会“讲电磁学”。它不产生光，因此是“黑暗”；但它也不吸收光，否则当它阻挡来自更遥远宇宙的光时，我们就能检测到它。暗物质既完全黑暗又完全透明，所以它必须像中微子一样是电中性的。 暗物质不能带电荷，但它必须有质量，因为我们真正见过的唯一效应就是它的引力影响。暗物质会说“引力”这种语言，我们可以从它的引力中学到很多东西。我们可以通过暗物质如何影响星系的旋转、如何驱动星系团内的星系轨道以及它在星系和星系团周围弯曲光线的方式来绘制发现暗物质的位置。这些告诉我们一些非常重要的事情：暗物质比几乎所有可见物质都更加分散。  这告诉我们很多关于任何潜在的暗物质粒子的信息。一方面，暗物质不倾向于与自身相互作用。如果不是如此，那么巨大的暗物质区域将在这些碰撞和收缩中失去能量，它们可能会坍缩成暗物质星系或暗物质恒星。但实际却没有这样，暗物质似乎在围绕着更集中的可见物质团块的巨大光晕中膨胀。事实上，星系实际上只是闪亮的恒星尘埃，散布在大量暗物质储存库的引力井深处。 暗物质形成了巨大光晕这一事实告诉我们一些非常重要的事情：它给暗物质一个温度。更准确地说，它告诉我们暗物质粒子能够在早期宇宙中传播多远。这种暗物质的“自由流动长度”是暗物质粒子在与某物（通常是另一个这样的粒子）相互作用之前可以行进的距离。在早期宇宙中，这个距离影响了后来形成星系的种子结构的大小。现在，根据我们所知道的该结构的最终形成，暗物质的移动似乎非常缓慢，我们将这种暗物质定义为“冷”。  所以让我们回顾一下，如果暗物质是一个粒子，它是电中性的，不会与自身发生太多的相互作用，而且它的移动速度相对较慢，而且数量也非常丰富。长期以来，人们认为中微子可能是暗物质——是中性的，也是宇宙中已知最丰富的粒子。但是标准模型的中微子移动得太快，它们很“热”；并且中微子的质量不足以完成这项工作，因为它们的重量轻得离谱。 寻找暗物质粒子 标准模型中真的没有其他东西可以像暗物质一样工作，这听起来很烦人，但实际上让物理学家非常兴奋，因为发现暗物质粒子可能是我们找到比标准模型更大、更深入的理论的最佳选择。这也将是一个理所当然的诺贝尔奖，许多研究人员毕生致力于寻找这种粒子。 暗物质猎人有两种寻找方法。一种是在宇宙中或我们在地球上的粒子实验中寻找新的证据，以寻找不符合标准模型的粒子的证据。另一个深入研究理论，在标准模型之外推导数学。本文我们将专注于理论前景，在那些讨厌的“观察”用事实毁掉一切之前，我们不妨找点乐子。 实际上，我们不必超出标准模型就可以找到我们的第一个暗物质候选者。物理学家完全独立于我们对暗物质的探索，假设了一种新型中微子——所谓的无菌中微子。就像中微子一样幽灵，无菌中微子更加幽灵，它们甚至不与弱力相互作用，这意味着它们几乎不可能被发现。如果存在无菌中微子，并且质量足够大且移动足够慢，那么它们就是一个很好的暗物质候选者。 我们讨论过的另一个候选者是轴子。这是一个奇怪的小粒子，当物理学家试图解开另一个物理学之谜——所谓的强CP问题时，它就出现在数学中。如果它们存在的话，将会非常轻：可能是中微子质量的 1% 或更少。因此，为了解释暗物质，它们需要以惊人的数量存在。但根据轴子物理学家的说法，很可能就是这种情况。  对理论前景的探索使物理学家发现了暗物质粒子的多种可能性，最有希望的想法之一来自超对称。我们之前谈到了超对称性，但没有谈到它如何给我们带来暗物质。超对称是标准模型的扩展，该模型提出所有规范粒子的另一侧都有孪生粒子。每个物质粒子（或费米子）都有一个超对称的力载体（或玻色子），每个玻色子都有它的费米子双胞胎。  预计这些超对称粒子比它们的标准模型对应物重得多，这可以解释为什么我们没有在粒子加速器中看到它们，也许我们还没有产生足够的能量来制造一个。我们从超对称中得到的最简单的暗物质被称为“中性子”，它是一种“三合一粒子”，其中Z玻色子、光子和希格斯粒子的电中性超级伙伴都混合在一起。在某些模型中，这些是可能的最轻的超对称粒子。 虽然通常较重的物质倾向于衰变为较轻的物质，但如果它们不能衰变为标准模型粒子，那么它们将是稳定且长寿的，几乎是完美的暗物质粒子。还有其他具有不同超对称性的暗物质候选者，例如中微子或引力子的对应物，接近某种类型的暗物质的预期质量，这种巧合有时被称为“WIMP奇迹”。
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