這是物理學中最具爭議的觀測之一。但是，對於銀河系中心神秘的高能光子過量現象，可能已經出現瞭解釋。最新的分析表明，該訊號可能來自暗物質粒子，其質量恰好適合在世界最大的粒子加速器中顯現。
大型強子對撞機（LHC）位於瑞士日內瓦附近的歐洲核子研究中心（CERN）粒子物理實驗室，計劃在為期兩年的停機後，於今年夏天重啟質子對撞（參見“LHC 2.0：宇宙新視野”）。那裡的物理學家已告訴《自然》雜誌，他們現在計劃將尋找這種粒子作為對撞機第二次執行的首要目標。
如果成功探測到，將能解決銀河系 γ 射線源的問題。同時，它還將揭示暗物質的本質，這種隱形的物質被認為構成了宇宙物質的約 85%，並將成為長期以來人們尋求的超對稱性的證據，超對稱性是擴充套件當前粒子物理學標準模型的宏大途徑。
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“這很可能迄今為止提出的對銀河系中心最 promising 的單一解釋，”伊利諾伊州巴達維亞的費米國家加速器實驗室（Fermilab）的 Dan Hooper 說，儘管他補充說，“還有很多其他的解釋也緊隨其後”。
2009 年，Hooper 和當時紐約大學的研究生 Lisa Goodenough 在 NASA 的費米伽馬射線太空望遠鏡的資料中首次發現了該訊號。他們提出，這個峰值是暗物質的特徵。兩個碰撞的暗物質粒子會像普通物質與反物質一樣相互湮滅。湮滅會產生一系列壽命短暫的粒子，最終產生 γ 射線。
但是，這種被其支持者稱為 hooperon 或 gooperon 的提議粒子，很快就遇到了物理學家最喜歡的超對稱性版本的問題。儘管最小超對稱標準模型（MSSM）允許暗物質粒子的質量估計與 hooperon 相當——約為 25–30 千兆電子伏特（1 GeV 大約是一個質子的質量）——但多項實驗表明，粒子必須更重。為了容納 hooperon，MSSM 必須進行修改，以至於許多物理學家感到不安。“這將需要一個全新的理論，”荷蘭奈梅亨拉德堡大學的粒子物理學家 Sascha Caron 說，他領導著最新計算背後的團隊。
懷疑論者認為，在費米資料中發現的 γ 射線過量現象有更平凡的解釋，例如來自中子星的輻射或來自爆炸恆星的殘骸。
但在 2014 年末，有訊息稱，與費米峰相容的暗物質粒子質量範圍的計算過於保守。費米科學團隊和其他人提供的新估計表明，已知來源產生的 γ 射線“噪聲”允許存在更重的粒子。“這種過量可以用高達 200 GeV 的粒子來解釋，”加州大學歐文分校的物理學家、費米團隊的首席科學家 Simona Murgia 說。
大爆炸擬合
有了這種認識，Caron 和他的合作者重新計算了 MSSM 理論的預測，並發現了對過量現象的另一種潛在解釋——一種名為中性微子的現有暗物質候選者。中性微子的質量足夠大，不會被之前的實驗排除，但又足夠輕，有可能在 LHC 的第二次執行中產生。
Caron 的模型還對大爆炸中應該產生的暗物質數量做出了預測，這與歐洲航天局普朗克探測器對宇宙微波背景（大爆炸的遺蹟輻射）進行的最新觀測結果相符（參見 Nature http://doi.org/38k; 2014）。他說，這不可能是巧合。“我發現這非常令人驚歎。”
Caron 的團隊並不是唯一一個根據新估計重新分析費米峰的團隊。費米實驗室物理學家 Patrick Fox 和他的同事去年 11 月進行的類似但不太詳細的計算也表明，中性微子可能是費米 γ 射線的潛在原因。斯德哥爾摩北歐理論物理研究所 Nordita 主任 Katherine Freese 說，她和她的合作者計算出，這種過量現象可能是由一種暗物質引起的，這種暗物質在不太流行的超對稱性理論中出現。
解決方案可能近在咫尺。在大型強子對撞機 (LHC) 中產生中性微子之外，中性微子也可能在下一代地下實驗的探測範圍內，這些實驗試圖捕獲恰好飛過地球的暗物質粒子，CMS 的物理學家 Albert De Roeck 說，CMS 是兩個將尋找暗物質的 LHC 探測器之一。他說，如果這種粒子確實是 γ 射線的成因，“那麼暗物質訊號似乎應該很快就會被觀測到”。
本文經許可轉載，並於 2015 年 5 月 5 日首次發表。