新的理论研究表明，神秘的“不粒子”可能正在推动宇宙分裂

黄俊琼

哈勃太空望远镜观测到的M82星系中的超新星。Ia型超新星是发现宇宙膨胀和暗能量理论的基础。（图片来源:美国国家航空航天局、欧空局、a .古巴尔（斯德哥尔摩大学）和哈勃遗产小组（STScI/AURA））

（）据美国生活科学网站（Andrey Feldman）：一篇新的理论论文表明，宇宙不断加速的膨胀可能是由一种被称为“不粒子”的神秘物质形式驱动的，这种物质不符合粒子物理的标准模型。

科学家们普遍承认宇宙正在膨胀，尽管膨胀的原因仍然难以捉摸。最受欢迎的解释之一是一种神秘的实体，称为暗能量，其形式为宇宙学常数，导致膨胀速度与宇宙年龄、物质和辐射温度无关。然而，最近的天文观测对这一假设提出了挑战，促使物理学家探索暗能量的替代方案。

现在，在一篇新论文中，研究人员分析了暗能量是由一种称为不粒子的理论形式的物质组成的观点。他们发现，这一理论比普遍的标准宇宙学模型更符合观测结果，后者假设宇宙学常数。

Ariel大学的宇宙学家、研究合著者Utkarsh Kumar在一封电子邮件中告诉Live Science：“从观测上看，宇宙膨胀率和大尺度结构（星系和星系团）的生长值在测量之间存在差异。”。“各种观测，包括宇宙微波背景测量、超新星变暗和许多其他观测，都加剧了这种紧张局势。”

诸如决定膨胀率的哈勃常数和包含大尺度结构形成信息的所谓S8等量都没有直接测量。相反，它们是根据对宇宙微波背景（大爆炸遗留辐射）以及遥远恒星和星系的观测，使用数学理论计算得出的。然而，不同的理论从相同的数据中得出不同的参数值，这在宇宙学中造成了巨大的张力。

为了解决这个问题，这项新研究的作者于2023年12月发表在《宇宙学和天体粒子物理学杂志》上，他们认为宇宙的膨胀不是由宇宙学常数驱动的，而是由不粒子驱动的，而这些不粒子以前曾在粒子物理学的背景下被考虑过。

“非粒子的想法是由[理论物理学家霍华德·格奥尔基]在十多年前提出的，”该研究的主要作者、同样来自Ariel大学的Ido Ben Dayan在一封电子邮件中告诉Live Science。“在基础物理学中，我们通常讨论场，比如电场，其中粒子是该场的激发。在电场的情况下，这些是光子，”或光包。本·达扬补充道，在几乎所有情况下，粒子都是具有明确质量和动量的激发。

然而，“不粒子是一组场的结果，它们的激发没有明确的动量和质量，”本·达扬说。“因此，在宏观层面上，它们表现为一种流体。这种性质的一个特殊结果是，它们的状态方程，描述了它们施加的压力与能量密度之间的比率，取决于温度。”

这个状态方程与宇宙学常数的方程非常相似。此外，所有物质的理论模型都预测到，不粒子与“规则”物质的相互作用非常弱，这使其成为暗能量的绝佳候选者。

未处理的未处理项目

在他们的工作中，本·达扬和库马尔使用了非粒子假说而不是宇宙学常数，并将其与从许多实验中收集的观测数据相结合。他们发现，与使用标准宇宙学模型计算的值不同，当他们使用非粒子理论时，从这些实验中推导出的哈勃常数和S8参数的值是一致的。

库马尔说：“此外，他们的模型减少了哈勃常数和S8之间的测量值之间的差异，从而恢复了不同测量之间的一致性。”。

目前，没有实证证据支持这一理论。然而，作者们相信，在未来十年左右的时间里，天文测量的准确性将得到足够的提高，以确定不粒子理论是否正确。

本·达扬说：“我们的模型是通过不断改进宇宙学观测来测试的。”。“如果它是正确的，未来的宇宙微波背景实验应该会[证实它]。”

本·达扬补充道，测量暗能量性质的实验目前正在开发中，但需要望远镜比目前“探测得更远”。

此外，物理学家计划提高计算的准确性，并在加速器中更熟悉的基本粒子实验中寻找不粒子的可能表现，这可能会受到不粒子存在的影响。

库马尔说：“我们计划考虑非粒子和基本粒子标准模型之间的相互作用。”。“这可以进一步测试我们的模型。我们将进一步研究我们模型的一些扩展及其宇宙学后果。”