捕捉暗世界的幽灵——暗粒子_风闻

原创：牧夫天文

从提出猜想到今天，暗物质一直困扰着研究者们。它们既是宇宙演化的重要参与者，却又让我们摸不着头脑。尽管人类进行了大量寻找暗物质的实验，但始终没有什么收获。

于是研究者们转向了暗粒子。我们世界中的常规物质由许许多多不一样的粒子构成，那么“暗世界”是不是也有不同种类的暗粒子呢？没有人知道，也没有人能证明。但是，在2021年，当LHC（大型强子对撞机）再次投入使用时，这将是科学家们计划探索的主要项目——去寻找可能存在的暗粒子。

LHC大型粒子对撞机内观

Credit: Wiki

现在已知的大多数粒子都处于“标准模型”之中，例如电子和光子，或者构成质子和中子的各种夸克。粒子学家不只发现了它们，还弄明白它们相互作用的4种相互作用：电磁作用、引力作用、强相互作用以及弱相互作用。

然而，暗物质并不在标准模型框架之中。不仅因为它是全新的物质，而且它仅表现出引力相互作用，这使暗物质与众不同。

一些科学家认为暗物质存在于粒子之间的虚空之中，并且有着属于它们自己的独特相互作用。打个比方，如果标准模型代表着所有陆栖生物，那么暗物质就像是第一个露出水面被我们发现的海洋生物。

目前发现的标准模型下的基础粒子

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来自芝加哥大学的物理学家王连涛认为：大型强子对撞机很有可能帮助我们揭开暗粒子的一部分神秘面纱。他的团队在今年4月3日发表了一篇文章来解释其中的原因。

大爆炸刚刚发生的几分钟内，宇宙中只有混沌的一团团粒子，这些粒子的周期可能还不到一秒钟。大型强子对撞机的工作是将粒子加速并碰撞，由此来模拟大爆炸后几分钟的环境。王连涛预测在相撞的两方粒子之中，有一些可能与暗世界的粒子相关，并在撞击后衰变得更加缓慢，在维持一纳秒后消失。

粒子对撞概念图

论文的另一位作者刘震表示：“直接探测暗物质肯定是一项艰巨的工作，但是探测衰变过程中的暗粒子会容易的多，它好比是了解暗世界的探针。”

王连涛表示：“我们仍需要做大量的研究。我们利用大型强子对撞机只关注与我们想要了解的东西，这导致我们会忽略其它大量信息。”哪怕是在现在已有的大型强子对撞机的数据库里，人们仍然能够从过去的一些可疑撞击中，每年提取出1000TB以上的新信息。这相当于是谷歌或facebook每年的数据量。

在使用对撞机时，科学家们必须告诉对撞机他们想要探测什么。因此在收集数据的时候会忽略大量其它发生的事件。所以，如果科学家想要不漏过更多宝贵的信息，他们就必须重新审视大型强子对撞机对目标事件的定义。

幸运的是，王连涛团队还有时间。2021年对撞机将重新投入使用，虽然能够发现暗粒子的撞击是偶然中的偶然，但他们可以在进行万亿次撞击，说不定这其中的哪一次就会带着一位暗世界的使者来到人们的面前。

嗯，从人眼观察暗世界应该就长这样

『天文时刻』 牧夫出品

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