宇宙学家认为占宇宙质量80%以上的暗物质可以相互作用 | {$randkws}热点解读 经由一项新的模拟探究

宇宙学家觉得占宇宙品质80%以上的暗物质可以相互作用
（神秘的地球uux.cn报导）据新浪技术（任天）：暗物质的奇特性质或许超出了任何人的想象。经由一项新的模拟探究，宇宙学家觉得这种占宇宙品质80%以上的神秘物质可以相互作用。探究作者之一、美国加州大学河滨分校物理学和天文学助理教授弗利普·塔内多在一份告示中说：“我们日常在暗物质的海洋中，但我们对它或许025成毅汇总什么知之甚少。”
过去几十年来，每一次试图用已知物理学阐释暗物质的使用都失利了，所以塔内多和他的兴办者们期盼开发更好的模型，以更精确地匹配观测结局。他们提出的一个难题是，假如暗物质在一个比三维更多维的空间中，以连续的力发生自相互作用会怎样？这听起来很不可思议，但他们以此兴办的模型的确比传统的简易暗物质模型能更好地阐释小型星系中恒星的行为。所以，刚刚北影节汇总这个难题值得再透彻研究一番。
小星系，大难题
尽管宇宙学家还不得知暗物质的“身份”，但他们已然对它的一些基础属性有所知晓。所有的观测结局都表明，暗物质是由某种物理学上未知的新粒子组成的。这种粒子充斥着每个星系，占宇宙品质的80%以上。它们不会与光有太多的相互作用，假如有的话，我们或许已然在天文观测中目睹它们了。并且，这种粒子也肯定不会与正常物质发生显著的相互作用，假如有的解读高通骁龙体验话，我们或许就会在粒子对撞机评测中目睹它们。
综合这些特性，宇宙学家得以兴办繁琐的计算机模拟程序，以重现宇宙中大型结构的演化。这些模拟通常与观察结局相符，但需要注意一个有趣的难题。据这个简化的暗物质模型预测，小型星系的核心应该具有相当高密度的暗物质，宇宙学家将这种模型称为“尖峰”（cusp）模型；但是，当下的观测结局表明，暗物质的密度是相对平坦的，所以这些神秘的物质必须均匀地分散在全部小星系，该模型被称为“核心”（core）模型。
几十年来，朋友圈陪伴最重要，网友观点两极分化这个“峰-核”难题一直困扰着暗物质领域的探究者。一个顺利的暗物质模型必须能够阐释大小星系的行为，以及其他有关暗物质的观测结局。对该难题有一个较为流行的阐释，被称为“自相互作用暗物质模型”（SIDM）。顾名思义，该模型预测了暗物质有时会与自身发生相互作用，这就意味着暗物质粒子有时会相互碰撞，乃至发生湮灭。这种自相互作用使高暗物质密度的区域变得平坦，在小型星系中使“尖峰”变成了“核心”。
难题的核心
那么，这个难题解决了吗？并没有不完全解决，由于自相互作用暗物质模型很难匹配其他观测结局，比如星系透镜效应（大品质物体的引力扭曲并放大了来自其背后特定星系的光），以及早期宇宙中星系的成熟。
可是，这些不足显著的模型是基于已知的物理相互作用，而这些相互作用都是经由自然界四种基础力中的某一种而做到的。例如，电子经由电磁力相互作用，夸克经由强力相互作用，等等。但是，简易地将已知的物理学引入暗物质领域并不够，也许是时候探究全新的力了。
塔内多和他的兴办者就试图做到这一点，他们在6月1日发表在《高能物理学杂志》（Journal of High Energy Physics）上的一篇论文中刻画了自己的岗位。他们提出的新模型极大地扩展了暗物质相互作用的或许，并允许一些未知的力——被称为“暗力”——发挥作用。
“过去两年来，我的探究项目的目标就是扩展暗物质与暗力‘对话’的想法，”塔内多在告示中说，“在过去的十年里，物理学家已然着手认识到，除了暗物质，隐藏的暗力或许控制着暗物质的相互作用。这些暗力或许会完全改写人们寻找暗物质的规则。”
塔内多等人的暗物质探究中包含了两个令人意想不到的特色。先是，该模型中包含了无数种新的力，这些力共同发挥作用，而不是由单一的力来连接暗物质粒子。其次，这个模型需要给宇宙增多一个维度，也就是说，宇宙不再是我们熟悉的三维空间，而是一个四维空间。
跳出常规宇宙之外的思考
在兴办暗物质粒子如何相互作用的理论时，无数种新的力（每一种力都由一个品质各异的新粒子强调）提供了很大的灵活性。尽管在常规物理学中还没有相似的理论，但天体物理学家很清楚暗物质并不一定遵循通常的规则。
在阐释已知物理现象的理论中，两个粒子的相互作用是经由交换一种携带力的粒子来做到的。例如，两个电子经由交换光子（电磁力的载体）而相互碰撞。但是，这个新的模型使用了一个由相互作用组成的连续体，以取代单一的相互作用；所有的相互作用共同发挥作用，使暗物质粒子的自相互作用发生。
“我的探究项目针对的是我们有关粒子物理学的一个假设：粒子之间的相互作用可以经由更多粒子的交换来很好地刻画，”塔内多在告示中说，“尽管普通物质的确如此，但没有理由假设暗物质也是如此。它们的相互作用或许可以用交换粒子的连续体来刻画，而不只仅是交换某种类型的力粒子。”
以便增多额外的维度，塔内多的团队借用了一个来自其他高能粒子物理理论的技巧。经由一个很引人注目但尚未充分证明的概念，即“AdS/CFT对偶”（“AdS”代表反德西特空间，是一种假想的宇宙时空结构；“CFT”代表共形场论，归于量子理论的范畴），一些在正常的三维空间中很难解决的物理难题在扩展到四维空间时就会变得轻松得多。
经由使用这种数学技巧，塔内多及其兴办者解决了暗物质之间的力如何相互作用的难题。然后，他们将结局转化为三维空间，并预测这些力将如何在真实的宇宙中管理，察觉这些力的表现与我们所习惯的自然力大不一样。
“针对我在物理学入门课程中讲授的引力或电磁力，当两个粒子之间的距离增多1倍时，引力或电磁力就会缩减4倍，”塔内多说，“相比之下，连续力会缩减多达8倍。”
这种对暗物质粒子之间自我相互作用的修正使探究人员能够兴办起匹配小型星系观测结局的模型，给予这些星系一个相似于“核心”的暗物质轮廓，而不是在传统的暗物质模型中目睹的“尖峰”。这些结局与其他或许重现“尖峰”中心的自相互作用暗物质模型相似，但这个理论来自一个全新的理论方向，或许会带来其他观测结局。
所以，探究人员还有很多岗位要做。宇宙学家用暗物质来阐释宇宙中许多各异尺度的观测结局，进一步的岗位将揭示这个奇异的理论是否符合我们所目睹的宇宙。