大質量弱相互作用粒子

大質量弱相互作用粒子

大質量弱相互作用粒子(Weakly interacting massive particles,簡稱WIMP),是一種仍然停留在理論階段的粒子,是暗物質最有希望的候選者。這種粒子的特點是雖然沒有電磁相互作用和強相互作用,但是參與弱相互作用,同時質量比質子和中子大。

背景

電腦合成的數百萬光年以外的太空中暗物質圖片電腦合成的數百萬光年以外的太空中暗物質圖片
暗物質物理學中最神秘的事物之一,它的發現將可能成為近100年來最重大的科學突破。20世紀30年代,天文學家首次意識到,恆星、氣體和塵埃只占宇宙質量的一部分。因此,他們得出結論認為,星系本來應該在宇宙中四處遊蕩並最終土崩瓦解的,除非它們受到某種巨大的、不可見的物質的重力吸引而被固定在一個位置上。
80多年來,科學家們一直爭論究竟何為暗物質以及人們為什麼看不到它,他們給出了許多種推測和解釋,其中最有可能的一個候選物質就是一種被稱為“弱相互作用大質量粒子”(Wimp)的微小事物。 就目前而言,被研究得最多也是最被看好的暗物質模型是所謂弱相互作用大質量粒子。

特點

理論預言這種粒子應該具備這些特點:粒子只通過弱核力和引力產生相互作用,或者粒子的相互作用截面小於弱核力作用截面;與普通粒子相比質量較大。由於它們不參與電磁力作用,因此無法被直接探測到;由於它們不參與強核力作用,因此它們基本上與普通物質不發生相互作用;由於它們較大的質量,因此它們運動的速度相對緩慢,因而能夠成團聚集。

候選原因

WIMP之所以成為暗物質的熱門候選者主要有3個原因:首先,WIMP具有“冷暗物質”的各種性質,而基於冷暗物質的宇宙學模型與觀測符合得比較好。其次,在粒子物理理論中比較容易構造出符合WIMP特點的粒子。例如,流行的超對稱理論就預言可能存在最輕超對稱粒子,這種粒子如果不帶電就很容易符合WIMP的特性。最後,WIMP具有弱相互作用截面,而按照統計物理的粒子退耦理論計算,WIMP的數量也剛好和暗物質密度的觀測值在同一個數量級。即WIMP可以很好地放入今天的宇宙理論模型里。

丁肇中團隊稱或發現暗物質候選體

哈勃望遠鏡獲取迄今最精確暗物質分布圖。哈勃望遠鏡獲取迄今最精確暗物質分布圖。
2013年2月18日,在美國科學促進會年會上,美國麻省理工物理學家丁肇中領導的研究團隊對外宣布,阿爾法磁譜儀發現了弱相互作用大質量粒子(WIMP)存在的證據,而WIMP就是一種暗物質的候選體。丁肇中稱,將於未來兩到三周發表涉及暗物質的研究論文,對這項研究的進展作詳細闡述。如果此次暗物質的發現能夠得到確認,那么人類對於宇宙的認知無疑向前邁進了一大步。

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