新亞原子粒子或能幫助解釋暗物質之謎

大量證據表明,“惰性中微子”不僅真實存在而且很常見,並且可能是暗物質的構成成分

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中微子是最著名的 “害羞” 粒子,幾乎可以穿透一切——你的身體、地球、專門為捕捉它們而設計的探測器——卻悄無聲息。但與它們迄今為止假設的表親惰性中微子相比,普通中微子簡直是鞭炮。惰性中微子甚至不透過弱力與普通物質相互作用,而弱力是將中微子與日常世界聯絡起來的短暫紐帶。然而,最近,新的實驗揭示了誘人的證據,表明惰性中微子不僅真實存在而且很常見。它們中的一些甚至可能是天文學家困惑了幾十年的神秘暗物質的構成成分。

物理學家們還沒有完全準備好做出如此戲劇性的宣告,但加州大學洛杉磯分校的亞歷山大·庫森科說,這些結果“如果被證明是正確的,將極其重要”。

科學家們是如何尋找幾乎無法探測到的粒子的呢?庫森科和美國宇航局戈達德太空飛行中心的邁克爾·洛溫斯坦推斷,如果惰性中微子真的是暗物質,它們偶爾會衰變成普通物質,產生一個較輕的中微子和一個 X 射線光子,因此在發現暗物質的任何地方尋找這些 X 射線是有道理的。他們使用錢德拉 X 射線望遠鏡觀察了一個據信富含暗物質的附近矮星系,並在恰好正確的波長處發現了一個有趣的 X 射線凸起。


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另一個證據來自超新星。如果惰性中微子真的存在,超新星會沿著磁場線以密集的束流噴射出它們,而這種爆炸的反衝力會將脈衝星踢出宇宙。事實證明,天文學家觀察到的正是這種情況:脈衝星以每秒數千公里的速度在宇宙中呼嘯而過。

天文學家不必依賴天空來尋找惰性中微子的證據。費米國家加速器實驗室的科學家最近驗證了一項 16 年前的實驗,該實驗旨在尋找這些粒子的首個證據。費米實驗室的科學家們將普通中微子發射穿過地球,到達半公里外的探測器。他們發現,在飛行過程中,許多中微子改變了它們的身份,正如如果惰性中微子確實存在時應該發生的那樣。

下一步是確認結果。洛溫斯坦和庫森科最近在另一臺空間 X 射線望遠鏡 XMM-牛頓上重複了他們的實驗,費米實驗室的科學家們也在設定另一次執行。最 “害羞” 的基本粒子可能無法長期逃脫尋找者。

邁克爾·莫耶是《大眾科學》負責物理和太空報道的編輯。此前,他在《大眾科學》雜誌工作了八年,擔任文章編輯。他的文章《通往第十維度的旅程》榮獲 2005 年美國物理研究所科學寫作獎,並曾出現在 CBS、ABC、CNN、福克斯和探索頻道。他曾在加州大學伯克利分校和哥倫比亞大學學習物理。

更多作者:邁克爾·莫耶
大眾科學雜誌第 304 卷第 1 期本文最初以“新亞原子粒子或能幫助解釋暗物質之謎”為標題發表於《大眾科學雜誌》第 304 卷第 1 期(
doi:10.1038/scientificamerican012011-65cs1D9jxSIGJ0bZauvaON
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