「暗物質」的候選粒子是什麼,網友:黑色的物質

2021-01-08 百變科學

宇宙之大,從來不能阻止人類探索的腳步,人類的探索之眼已經看向了幾百萬光年之外。在美麗的夜空下,天上繁星眾多,然而黑色的空白區域是什麼呢,也許那是我們看不見的地方,裡面有我們不知道的物質。

首次發現暗物質

暗物質是那些不發光,不能用常規方法進行觀測,不與電磁力相互作用的物質。20世紀,美國天文學家薇拉.魯賓首次為暗物質的提供了最基礎的數據。她在利用都卜勒效應觀測仙女座星雲的時候,發現星系的旋轉速度遠遠超出預期。

仙女座星系恆星旋轉圖

然而令人意外的是在高速旋轉下星系並沒有因離心力而土崩瓦解,經過分析得出肯定有其他物質提供萬有引力,然而這種物質是可能就是一種我們看不到的「暗物質」。

星系中心的暗物質

暗物質佐證

2001年美國宇航局發射了WMAP探測器,其目的是為了得到一份精確的宇宙微波背景輻射圖,就是這張微波背景輻射圖為暗物質的存在提供了強有力的證據。

宇宙微波背景輻射圖

通過這張圖可以算出宇宙中可見物質的總質量佔宇宙總質量的15%其餘的85%是我們不知道的,由此就更加確定暗物質的存在。

暗物質的探索

宏觀上猜想

天文學家對於這種物質做出了很多猜想,早期從宏觀角度來進行猜想,這種物質可能是密度很高的暗星,比如黑洞、黑矮星、中子星、褐矮星等。

暗星模擬圖

這些不發光的暗星我們沒有辦法直接用天文望遠鏡直接進行觀測,那有什麼辦法證明他們的存在呢。

早在1936年由愛因斯坦提出了引力透鏡效應,當緻密物質產生強大引力會彎曲時空,造成光線並非直線傳播。

引力透鏡效應

當暗星通過時,恆星亮度會增加,通過後再減小,因此,利用這種方法找到亮度先變強最後減弱的恆星就能找到暗星。

暗星通過之前
暗星通過之時

天文學家班內特和他的同事利用一臺超靈敏望遠鏡攝像機瞄準一個區域,並且把這個區域分成82小區,對千億顆恆星進行了不間斷地觀測。

觀測分區圖

經過三年的觀察,確實發現了暗星的存在,有一顆恆星亮度突然增強,然後再減弱,這個發現給了他們極大的信心。然而現實是殘酷的,七年之後班內特和他的同事只發現了13顆暗星,這對於暗物質提供強大引力,13顆暗星遠遠不夠就這樣暗星是暗物質的研究就此結束。

微觀上猜想

我們所知道物質其基本構成由質子、電子、夸克、中子,膠子等隨機組合形成的,

微觀粒子圖

粒子物理學家利用25種標準粒子隨意組合可以形成我們已知的任何物質,例如:一個上夸克和一個下夸克,由膠子連接形成一個質子,質子和電子被光子束縛,形成一個氫原子。

25種標準粒子和氫原子

在列表中首先去除能形成氫的粒子,上下夸克、電子、光子和膠子,接下來排出不穩定易消失的粒子,最後就剩下三種中微子。

三種中微子

眾所周知,宇宙中含有大量的中微子,其數量是原子的幾億倍,只要中微子稍微有點質量就可以產生巨大的引力。並且中微子能夠隨意穿越物質,遍布都是,因此看似是最合適的候選粒子。

在日本超級神岡探測器成功測量出中微子的精確質量,然而結果顯示其中最重的中微子也不具備假設質量的百分之一,因此中微子是候選粒子也被排除在外。

中微子計算結果

人類的想像是無止境的,暗物質可不可以是我們現在沒有發現的其他粒子,是不存在與25種標準粒子之中的。基於這種想法粒子物理學家利用計算機模型,模擬出宇宙大爆炸之初,如果當時只存在我們所知的普通物質,那麼普通物質是不可能聚合在一塊形成星雲並且誕生恆星的,也不會形成網狀的星雲格局。

宇宙中網狀星雲

我們可以大膽推想,宇宙大爆炸之初,暗物質是氫的幾百倍到幾千倍的塊狀物,在其引力作用下星雲才能聚合到一塊,有了這個想法便提出了新理論,超對稱理論。

超對稱理論就像你照鏡子一樣,你和鏡子裡面的自己,因此粒子也被稱為超對稱粒子,很顯然超對稱粒子成了新的候選粒子。

1.在歐洲原子中心有世界上最大的強子對撞機,對質子進行實驗,模擬宇宙大爆炸之初,利用能量守恆來監測損失了但是又不能被觀測到的物質,從而找到暗物質。

剖面圖
能量守恆中沒有被觀測到可能就是暗物質

然而進行了一萬億次實驗並沒有得到想要的數據。

2.還有一種方法就是把暗物質轉化成可監測的脈衝光,超對稱粒子的質量與氙的質量相似是氫的130倍,兩種相似質量粒子相撞更容易被觀測,利用光敏感探測器就能捕捉到相撞釋放出的光脈衝,雖然現在科學家還沒有找到超對稱粒子,不過相信暗物質的真實身份很快就會被揭開。

超對稱粒子光敏探測器

相關焦點

  • 核物理學家提出了一種新的暗物質候選粒子
    據外媒New Atlas報導,暗物質是一種在宇宙中大量存在的神秘物質,被認為與常規物質的比例是五比一。但是到目前為止,暗物質從未被直接檢測到。現在,約克大學的核物理學家提出了一種新的候選粒子,它可能構成了這種奇怪的物質。
  • 英國學者:新發現的「d-星六夸克」粒子或是暗物質候選粒子
    英國學者:新發現的「d-星六夸克」粒子或是暗物質候選粒子 圖片來源:物理學家組織網據物理學家組織網3月3日報導,英國科學家表示,他們新發現的一種亞原子粒子「
  • 暗物質新候選粒子:六夸克粒子
    英國幾位科學家最近提出了暗物質基礎粒子的一種全新的可能性:一種由六個夸克組成的基礎粒子。科學家猜測宇宙中存在大量暗物質,而且對宇宙的演化起到重要作用,但是一直不能確定其組成粒子。有的科學家開始懷疑也許並不存在暗物質。
  • 暗物質的前世今生,什麼是暗物質?
    這些恆星繞著星系核心旋轉的速度太快了,就好像有一些看不見的暗物質在引力的作用下拉著它們,推動它們向前移動——科學家們很快在整個宇宙的星系中發現了這個現象。研究人員不知道這個看不見的暗物質是由什麼組成的,一些天文學家推測暗物質是由小黑洞或其他緊湊的物體組成的,這些物體發出的光太少,無法在望遠鏡中顯示出來。
  • 科學家發現了暗物質粒子
    我們知道,暗物質佔據了宇宙中85%的物質、四分之一的總質量,它們的存在讓星系得以形成,並在運動過程中保持穩定。但是,暗物質究竟是什麼?對於這個關乎宇宙組成的根本性問題,科學界至今沒有明確的答案。上世紀八十年代,暗物質可能是新型粒子的觀點被逐步接受,科學界存在兩種關於暗物質粒子候選者的主流觀點:一種觀點認為暗物質是一種被稱為軸子的極輕粒子;另一種觀點來自一大類理論
  • 什麼是暗物質?
    暗物質是一個神秘的非發光物質宇宙,儘管幾十年來專家們一直在觀察暗物質的引力效應,儘管如此人們仍然對暗物質的真實性質感到非常的困惑。在19世紀末,天文學家開始猜測散布在整個宇宙中的看不見的物質-昏暗的恆星或氣體和塵埃。
  • 「暗物質」概念是如何提出的,暗物質到底是什麼
    暗物質的基本性質可以概括為:參與引力相互作用。火星和其他行星是一樣的。中國發射的暗物質衛星「五孔」正在尋找天文觀測,並試圖通過測量宇宙射線中正電子和負電子的比例來尋找暗物質信號。所謂暗物質的「看不見」並不是簡單地用肉眼在可見光中隱形,而是說不管探測到哪一段電磁波,例如紅外線、紫外線和X射線,現在科學家認為暗物質實際上是某種粒子。科學家們已經正式提出了「暗物質」這個術語,我們對暗物質的探測越來越多地是通過所謂的「引力透鏡」來完成的,而引力透鏡是由大量的質量來彎曲光線所引起的。但它們不涉及電磁相互作用。
  • 新的暗物質候選粒子;治療新冠的關鍵策略|一周科技速覽
    新的暗物質候選粒子2. 鸚鵡「懂概率」能啟發AI研究嗎?3. 為什麼男的更短命?要怪Y染色體4. 薛丁格之貓的逆問題5.八億年前生命差點「窒息」撰文 | 董唯元、楊凌、顧舒晨、韓若冰、太閤爾、姬智女孩1 新的暗物質候選粒子暗物質是當代宇宙學最重要的謎題之一,這種總量6倍於普通物質的神秘存在,僅通過自身質量顯示出引力效應,卻從不參與任何形式的電磁相互作用,既不發光也不吸收光
  • 反物質、暗物質、負物質,都是什麼鬼?
    emm,蟲洞嘛,要來個太陽質量的負物質,倒也能撐開一個一公裡大小的蟲洞了。好吧,這胡言亂語都是些啥啊?反物質?暗物質?負物質?都是些什麼鬼?為了跟人吹牛不被當小白,咱還是講講清楚,這些到底是什麼意思。一切物質都存在其鏡像的反物質,當正反物質相遇時即發生湮滅,會釋放巨大的能量,根據愛因斯坦智能公式E=mc^2。暗物質目前為止,還沒有觀測到暗物質。
  • 暗物質粒子到底何時現身?
    畢竟,從天文學家第一次推測暗物質的存在已經過去了80年,從天文學家作為一個整體全面承認暗物質的存在也過去了30年,我們只是由對大型天體系統觀測間接地推測暗物質的存在,還沒有人直接探測到暗物質。那麼,丁肇中的團隊到底做了什麼?他們終於在4月3日發表了一篇論文,我們終於可以從這篇論文直接解讀他們到底發現了什麼,而不必從丁肇中謹慎的演講以及他的面部表情中解讀這些內容了。
  • 超重引力子,就是暗物質?暗物質重量級候選者誕生!
    根據宇宙學家的理論,宇宙25.8%是由暗物質組成,暗物質的存在基本上只能通過引力來顯示。這種物質由什麼組成仍然是個謎。波茨坦馬普引力物理研究所所長赫爾曼·尼科萊和華沙大學同事Krzysztof Meissner現在提出了一個新的候選者——超重引力子。
  • 反物質和暗物質有什麼區別?
    物質構成了宇宙,大到整個宇宙,小到我們身邊周圍,物質無處不在,那麼物質的本質是什麼? 138億年前,奇點大爆炸之後,誕生了正物質,反物質,暗物質等,很多人經常把暗物質與反物質混在一起,但暗物質不是反物質,它們之間也沒有什麼聯繫,下面我們來介紹一下這兩種物質。
  • 什麼是暗物質和暗能量?
    這讓我想起一道腦筋急轉彎,叫做「1+1在什麼情況下等於3?」 你們可能都知道,在算錯了的情況下等於3,但是科研工作者並不喜歡這個答案,我們可以給大家另一個答案:1+1,再加上一個看不見的「暗」數字1,那麼也可以等於3。什麼意思呢?就是說,我們星系當中所有的可見物質加到一起,不能提供足夠的引力去維持速度幾乎不變的旋轉曲線。怎麼辦?我們就再加一些看不見的物質,這種看不見的物質我們叫作「暗物質」。
  • 暗物質由什麼組成?它們分布在哪裡?
    暗物質在宇宙中的質量佔比大概是25%,而我們熟悉的普通物質只有5%左右,剩下的70%是充斥在宇宙間的暗能量,它引起的排斥力加速著整個宇宙的膨脹。至於暗物質到底是由什麼「材料」組成的,物理學家們現在也說不清楚。但是可以確定,暗物質並不是由普通物質中最常見的質子和中子組成的。這是為什麼呢?答案跟宇宙大爆炸有關。
  • 如何找到暗物質粒子?
    在地球上被埋了5億年的礦物質可能是解開暗物質第一個證據的關鍵。密西根大學的一個物理學家小組提出,這些礦物質可能含有早期與暗物質碰撞留下的古代痕跡。該研究小組認為,諸如巖鹽(氯化鈉)和扎布耶石(碳酸鋰)等礦物可以輔助尖端暗物質探測器,來幫助科學家探測暗物質。什麼是暗物質?
  • 為什麼相信暗物質一定存在?暗物質是什麼呢?
    我們知道宇宙中的普通物質其實只佔宇宙總物質達不到5%。除了導致宇宙加速膨脹的暗能量外,其餘的佔比將近三分之一都是暗物質。那這些大尺度結構的形成是不是又和暗物質有關呢?沒錯,現代研究表明,宇宙中這些大尺度結構的形成關鍵就依賴於暗物質。因為是科學,所以才要把暗物質引入。為什麼這麼說呢?這就得從暗物質是怎麼一步步被當今科學界所接受說起了。歡迎來到濤濤隨記,精彩分享馬上開始。
  • 什麼是暗能量,暗物質?
    理論家們仍然不知道正確的解釋是什麼,但是他們給了解決方案一個名字。它被稱為暗能量。什麼是暗能量?更多的是未知的。我們知道有多少暗能量,因為我們知道它如何影響宇宙的膨脹。除此之外,這是一個完全的迷。但這是一個重要的謎。事實證明,大約68%的宇宙是暗能量。暗物質約佔27%。
  • 暗物質的希望?人類利用銀河系「反推」暗物質的存在!
    目前的一些模型預測,暗物質粒子會慢慢衰變為普通物質,這一過程會產生微弱的光子輻射,x射線望遠鏡可以探測到。2014年,科學家們在一次暗物質搜尋中發現了一個星系的x射線輻射,眾所周知,暗物質在星系周圍聚集。於是研究人員認為,這種被稱為「3.5 keV線」(keV代表基洛電子伏特)的輻射很可能是由隱形的中微子構成的。
  • 破解暗物質的新線索:六夸克粒子
    >在我們這個宇宙中存在著一種主要的物質,除了它所產生的引力之外,它既不可見、也無法被探測到,這就是神秘的「暗物質」。一些科學家認為,這種神秘的「暗物質」一定是由未知的粒子組成的,而另一些科學家則認為一個熟悉的粒子可能是問題的關鍵。儘管人們在不斷尋找可以解釋暗物質對宇宙造成影響的東西,但暗物質仍然難以捉摸。但也一些科學家在猜想,暗物質是否可以用現有的物理定律來解釋。其中一種觀點認為,一種叫做六夸克的粒子(也稱為六夸克)可以解釋暗物質,而不需要任何新奇的新理論。
  • 新研究稱"d-星六夸克"或為暗物質粒子的有力候選
    因為根據學界達成的一項共識,暗物質可能佔據了宇宙總質量的 3/4 以上。那麼,我們能否解釋它的起源呢?,因此科學家們必須通過宇宙中其它物體對其重力的反應,來推斷暗物質的存在。近日,約克大學一項新研究,就試圖為暗物質的真實存在,提出了一種可能的解釋。研究人員稱,暗物質的秘密,可能存在於一種被稱作「d-星六夸克」(d-star hexaquark)的粒子中。正如 SciTechDaily 指出的那樣,這是一種由六個夸克組成的粒子(也是構成質子和中子的微小碎片)。