尋找看不見的物質：科學家測暗物質粒子質量

孤寂如雲

哈勃太空望遠鏡探索Abell 1689星系團中心物質群，引力透鏡暗示這裏存在大量的暗物質（圖片：NASA）

據國外媒體報道，暗物質是宇宙中極為神秘的事物，占全宇宙質能的26%左右，目前科學家對暗物質的探索結果發現天體系統周圍“遍布”暗物質，銀河系周圍存在大量的暗物質團，那麼這些物質是由何種粒子構成的呢？

大質量弱相互作用粒子（WIMPs）可能是冷暗物質粒子的候選者，對暗物質粒子的探索需要對其基本參數有所了解，比如暗物質粒子質量，目前大多數暗物質粒子質量的估算涉及到對速度分布的假設，但是該方法存在較高的不確定度，英國諾丁漢大學物理學家最新提出了不需要假設的速度分布模型，這標誌著我們可以一個無偏方法精確測量其質量。

雖然物理學家們並不知道暗物質到底是什麼，但是大質量弱相互作用粒子是一個候選者，科學家可以在實驗室中通過直接或間接的手段探測該粒子。為了獲得更多的數據，研究人員對銀河系暈暗物質粒子的速度分布進行假設，與實驗中觀察到的現象進行比對，通過情況下銀河系暈標準模型可以獲得速度分布假設，但是最新的調查顯示這種模式並不準確，會導致對速度分布判斷的不確定性，最終使得在估算大質量弱相互作用粒子過程中出現較大的偏差。

諾丁漢大學物理學家Bradley J. Kavanagh認為暗物質粒子肯定是一個新的粒子，並超出標準模型的範圍，我們對暗物質粒子質量的探索可洞察到一些新的物理理論。到目前為止，我們依然沒有在探測實驗中直接發現並證實暗物質粒子信號，未來科學家或將使用更大的探測器和更長的時間來“狩獵”暗物質粒子。在改變方法後，我們可以測量暗物質粒子三維速度分布，而不是僅僅只有一維的速度分布，同時還可以對銀河系周圍的暗物質暈進行探索。

到目前為止，科學家並不知道暗物質粒子與普通原子核之間相互作用的強弱，也不清楚大型暗物質粒子探測器會何時探測到大質量弱相互作用粒子的信號，或許此類作用強度非常弱，低於目前探測器檢出下限（再降低兩個數量級），如果我們幸運的話可能在未來數年內發現第一個暗物質粒子信號。本項研究發表在《物理評論快報》上，作者為Bradley J. Kavanagh和Anne M. Green。

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