幽暗物质的光谱印记:约克大学科学家提出探测不可见物质的新方法

编辑者: Uliana S.

长期以来,暗物质——这种在宇宙物质构成中占据主导地位的神秘物质——一直被认为完全是不可见的。传统观念认为,它既不吸收、不发射,也不反射光线,其存在仅能通过对星系产生的引力效应来间接感知。然而,来自英国约克大学(University of York)的科学家们最近开发出一种开创性的理论模型,该模型有望彻底颠覆我们研究暗物质的既有范式。

这项发表在《物理快报 B》(Physics Letters B)上的新研究提出了一个大胆的假设:当光线穿越暗物质高度集中的区域时,可能会产生一种极其微弱的“色移”,表现为轻微的偏红或偏蓝。研究团队成员之一的米哈伊尔·巴什卡诺夫博士(Dr. Mikhail Bashkanov)解释说,这种效应并非直接相互作用,而是通过一种间接影响实现。他们借用“六次握手规则”的类比来描述这种潜在的相互作用网络。他们推测,光子受到影响可能是经由标准模型中的中间粒子,例如希格斯玻色子(Higgs boson)或顶夸克(top quark)等媒介实现的。

光线发生何种偏移,取决于暗物质的内在性质。举例来说,如果暗物质由弱相互作用大质量粒子(WIMPs,即Видимо Взаимодействующих Массивных Частиц)构成,光线可能会损失高能的蓝色光子,从而导致光谱向红色端偏移;反之,如果引力相互作用占据主导地位,则可能出现蓝移。根据该模型,理论预测的波长偏移量级大约在 $10^{-10}$ 到 $10^{-12}$ 之间。这个数值比现有光谱仪的灵敏度低了数个数量级。这意味着,若要验证这项大胆的假设,我们必须依赖具有前所未有的光谱精度的下一代望远镜。

假如这项理论能够在实验中获得证实,它将标志着人类首次直接观测到暗物质与光线发生相互作用的证据,从而极大地加深我们对宇宙的理解。届时,科学家们将不再局限于在地下实验室中苦苦搜寻粒子,而是能够通过分析遥远天体发出的光谱,来识别这些极其细微的“颜色指纹”。与这项理论突破并行的是,实验探索工作仍在继续。例如,一个国际研究小组在利用WINERED红外光谱仪后,于2025年2月对质量范围在1.8至2.7电子伏特(electronvolts)的暗物质粒子特性设定了严格的限制,尽管他们并未直接捕捉到粒子的衰变信号。

来源

  • ФОКУС

  • Космос 2025: поиск тёмной материи по её «отпечатку»

  • Новые ограничения на свойства тёмной материи установлены с помощью инфракрасного спектрографа WINERED

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