暗物质是什么性质？会有暗物质携带电荷吗？

夜灵殿

天文学家们提出了一种新型的隐形材料模型，该模型构成了宇宙中大部分物质的组成部分，研究了一小部分暗物质粒子是否有微小的电荷。马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的朱利安·穆尼奥斯说：你听说过电动汽车和电子书，但现在我们谈论的是电动暗物质，该研究已在《自然》期刊上发表。然而，这种电荷是最小的。穆尼奥斯和他的合作者，马萨诸塞州剑桥哈佛-史密森天体物理学中心的阿维·洛布，探索这些带电的暗物质粒子与正常物质通过电磁力相互作用的可能性。

宇宙演化概念图，从左边的大爆炸开始，然后是宇宙微波背景的出现，第一批恒星的形成结束了宇宙的黑暗时代，接着是星系的形成。图片：CfA/M. Weiss

改研究与最近宣布的一项实验结果相吻合，该实验是为了检测全球EoR(再电离时代)特征(边缘)合作。今年2月，该项目的科学家表示，他们发现了第一代恒星的无线电信号，以及暗物质与正常物质相互作用的可能证据。一些天文学家很快对边缘的说法提出了质疑。与此同时，穆尼奥斯和勒布已经在研究背后的理论基础。哈佛大学天文系系主任Loeb说：无论你如何解读边缘的结果，都可以用我们的研究讲述一个基本的物理学故事，暗物质的本质是科学界最大的谜团之一，需要使用任何相关的新数据来解决它。

故事从第一颗发出紫外光的恒星开始。根据人们普遍接受的假设，这种紫外线与恒星之间气体中的冷氢原子相互作用，使它们能够吸收宇宙微波背景辐射(CMB)，即大爆炸遗留下来的辐射。这种吸收应该导致在大爆炸后不到2亿年的时间内，CMB的强度下降。边缘团队声称发现了吸收CMB光的证据，尽管这还没有得到其他科学家的独立证实。然而边缘数据中的氢气温度大约是期望值的一半。穆尼奥斯说：如果在这段时间里，边缘检测到的氢气体比预期的要低，那又有什么解释呢？一种可能是，氢被暗物质冷却了。

当CMB辐射被吸收时，任何与普通物质相关的自由电子或质子都会以最慢的速度运动(因为后来它们被第一批黑洞的x射线加热)。带电粒子的散射在低速时是最有效的。因此，如果一些暗物质粒子带电的话，在此期间，正常物质和暗物质之间的任何相互作用都将是最强的。这种相互作用会导致氢气冷却，因为暗物质是冷的，可能会留下一个由边缘项目所声称的观测信号。正在限制暗物质粒子携带微小电荷的可能性，这一电荷的电荷量相当于一个电子的百万分之一，即使是最大的粒子加速器，也不可能观测到如此微小的电荷。

只有少量带有弱电荷的暗物质才能解释边缘数据，并避免与其他观测结果产生分歧。如果大部分暗物质是带电的，那么这些粒子就会从靠近我们星系圆盘的区域偏转，并被阻止重新进入。这与观测结果的冲突表明，大量的暗物质靠近银河系的圆盘。科学家们从CMB的观察中得知，早期宇宙中质子和电子结合形成了中性原子。这些带电粒子中只有一小部分(千分之一)是自由的。穆尼奥斯和勒布正在考虑暗物质以类似的方式活动的可能性。来自边缘的数据，以及类似的实验，可能是检测剩下的少数带电粒子的唯一方法，因为大部分暗物质都是中性的。

这个场景的可行的参数空间非常有限,但如果未来观测证实了,当然我们会学习一些关于暗物质的性质,基本物理学最大的谜题之一。来自CfA的Lincoln Greenhill目前正在测试edge团队的观察性声明。他领导了大孔径实验来检测黑暗时代(LEDA)项目，该项目使用的是位于加州欧文山谷和新墨西哥州索科罗的长波长阵列。描述这些结果的论文发表在2018年5月31日的《自然》期刊上。

博科园-科学科普｜参考期刊文献：Nature ｜来自：哈佛史密森天体物理中心

本文选自：今日头条
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到现在为止还没有找到暗物质，所以其构造更是一无所知，也许连暗电子都不存在，从哪里找？