“为何暗物质越来越少？ 能量低就会被宇宙“冰封”淘汰”

暗物质听起来神秘而遥远。 其实，在你随便举手的瞬间，有可能会接触到无数神秘的暗物质。

暗物质是看不见、摸不着的，但以往的研究有多个证据证明它普遍存在于宇宙中。 长期以来，许多学者对暗物质展开了研究，但关于暗物质粒子的物理性质及其在早期宇宙中的起源，科学家还不太清楚。

11月4日，据国外媒体宣传，由澳大利亚墨尔本大学、欧洲核中心、美国莱斯大学等研究者组成的国际研究小组提出了关于暗物质的新视角。 他们认为，在宇宙大爆炸时期，等离子体的初级相变就像过滤器，“过滤”了大部分暗物质，只剩下少数暗物质，发展成了当今宇宙的“暗物质地图”。

宇宙初期的暗物质比现在多得多

要理解这个研究，需要从大爆炸学说说起。 科学家估计，宇宙在混沌之初，世界上的一切都起源于致密炽热的奇点，后来宇宙膨胀，就像发生了大爆炸一样。 近140亿年来，充满等离子体的宇宙变冷，物质密度也变低。

现有天文观测证据表明，暗物质在整个宇宙中所占的成分约为22%。 也许有人会惊叹于今天宇宙暗物质所占比例的大小。 但是，过去的研究表明，暗物质在早期宇宙中占了更大的比例。

为什么暗物质变少了？ 这项研究认为，低能暗物质被“过滤”了。

“暗物质被认为不是在宇宙中等离子体逐渐冷却的结果，而是由等离子体一次相变( fopt )突然引起的。 在这个相变过程中，暗物质粒子得到质量，低能粒子被“过滤”出等离子体。 ”。 文案第一作者，澳大利亚墨尔本大学物理学院的研究者贝克在文案中写道。

北京大学物理学院研究员刘佳在接受科技日报记者采访时表示，大爆炸后的初期宇宙中充满了包括我们现在看到的粒子在内的各种粒子。 也含有暗物质之类的隐形粒子。

如果把宇宙看成锅汤，那么在初期的宇宙中随处可见的等离子体就是这个锅汤的首要组成部分。 各颗粒像汤里的牛羊肉、丸子、胡萝卜块等食材，暗物质也是食材之一，像羊肉块。

假设这个宇宙的大锅在某个时刻突然降温，冒热气的水相变，这个锅的汤开始从某个地方冻结，最终冰蔓延到整个锅上，成为我们现在看到的宇宙。

“日常生活中，冻结的汤里放羊肉是不容易的。 同样，早期宇宙的暗物质进入相变的等离子体“气泡”也不是那么容易，只有高能暗物质会进入。 ”。 刘佳进一步解释说，在宇宙“水到冰”的过程中，只剩下成功进入“冰”中的暗物质，我们现在可以预测暗物质了。 也就是说，早期宇宙等离子体的相变过程就像只有少量的高能暗物质顺利残存，占大多数的低能暗物质被排斥，或者变成现在我们可以看到的粒子，或者以其他不为人知的方式消失。

突破限制高能的暗物质更容易“生存”

“这是一个非常有趣的新奇观点。 ”。 刘佳表示，该机制突破了100万亿电子伏( tev )热力耦合机制( freeze-out )中暗物质的正限制，为超重暗物质提供了新的产生机制。

热耦合机制是暗物质起源的主流观点之一。 宇宙最初高温时，粒子间的碰撞概率很高，此时暗物质和普通粒子可以相互变换，两者处于热平衡状态。 例如，两个暗物质粒子可以转换成两个普通粒子，反之亦然。

随着宇宙的膨胀，温度逐渐下降，粒子之间的间隔逐渐变远。 此时，两个暗物质粒子仍然可以转换成两个普通粒子，但两个普通粒子无法进一步转换成两个暗物质粒子。 因为普通粒子的能量与温度有关，所以宇宙变冷，其能量也相应降低，无法支撑与暗物质等的比转化。 这就解释了暗物质的数量为什么变化很少。 另一方面，由于粒子之间碰撞的概率降低，这种转换的机会也减少了，经过100亿年的进化，暗物质的数量逐渐固定下来。

刘佳告诉科技日报记者，热解结合机制要求暗物质能量必须小于100tev，但与贝克等人提出的新机制不同，高能暗物质反而更容易“生存”。

事实上，暗物质的起源说并不是热退耦合机制的独秀，学术界还有很多其他观点。

一些学者基于热去耦机理提出了“改进版”，另一些学者提出了冷冻耦合机理( freeze-in )、超轻暗物质的偏移模型等。 热结合机制的“改良版”的观点认为，暗物质也有可能转换成目前未被识别的粒子。 也就是说，暗物质粒子不仅仅是单一粒子，有可能细分为越来越多的粒子，它们在我们看不见的地方构成了与我们所处的世界完全不同的“黑暗的世界”。 这样的世界真的存在吗？ 科学家们为此不断探索，希望有一天能揭开其神秘的面纱。

探索痕迹的科学家被管理得很多

“目前人们对暗物质的认识可能仅限于想象力”刘佳告诉科技日报记者，如果想验证这些观点是否正确，最有利的证据就是要真正找到暗物质。

寻找暗物质有直接探测和间接探测。

直接探测的方法类似于守株待兔。 中国科学院院士、国家天文台长在常进年7月科普直播活动中表示，我们生活在暗物质云中，每秒数百万到数千万的暗物质粒子可能贯穿我们的身体。

直接检测暗物质的方法之一是利用精密的仪器密切关注大量原子核，如果足够幸运的话，暗物质会在某个时间点撞击某个原子核，从而在原子核中留下剩余的能量。

当然，这个能量波动极其微弱，宇宙中的各种射线也有机会与这个原子核亲密相遇并干扰实验结果。

这是因为，用于直接检测暗物质的实验室通常建设在极深的地下和山下，尽量屏蔽这些干扰。 例如，位于中国四川省的锦屏深地核天体物理实验室，其上面的垂直岩石覆盖厚度达2400米。

间接勘探致力于寻找暗物质的“儿子”。 暗物质被认为会因消失而产生极高能量的光子、正负电子、正反质子或中微子。 如果能从众多天文信号中剥离与这些暗物质相关的信号，也许就能找到暗物质存在的线索。 我国发射的“悟空”号暗物质粒子探测卫星正致力于此。

遗憾的是，迄今为止，无论是探测暗物质的方法还是其他方法，国内外学者都没有真正发现暗物质的痕迹。 虽然需要时间，但是相对于虚无的暗物质，探索的步伐并没有结束。 “如果想搞好工作，首先必须利用其器皿。 基础科学需要高级一点的装置，需要把这些装置提高到极限，间接推动相关领域的快速发展。 科学在这个过程中得到了新的发现，也可能会发生科学技术革命。 ”。 刘佳说。