連接標準模型與暗物理學的「宇宙通道」可能存在!

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嗯,什麼?

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理論物理學家提出一個新假設,目標在把可見物理學的世界連接到宇宙的隱藏力:如果有一個通道橋接標準模型到暗物質和暗能量之間的間隙,會怎樣呢?

這個概念在於我們努力了解像是暗物質和暗能量等事物的原因並不是因為它們不存在,而是因為我們一直沒有注意到穿越普通粒子和這些’暗粒子’交互作用的通道,而且可能可以被實驗測試的。

宇宙通道的概念可能聽起來很瘋狂,但讓我們再說清楚一點:我們在這裡正在談論量子的通道,是極細微的規模,不是可以駕駛太空船通過。

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而在理論物理學家的世界裡,這些類型的通道不是第一次被探索。

這個概念的存在是因為在物理學和可以被稱為’可見物理學’之間有很大的間隙。可見物理學是我們可以測量和直接偵測的東西,例如電磁和光子,而’暗物理學’是由我們能夠感覺到影響但實際上不能與之相互作用的東西,例如暗物質和暗能量。

通道是我們試圖解釋這兩個看似分離的世界如何相互作用,來形成我們所居住的宇宙。

物理學的可見部分取決於構成標準模型的17種類型的粒子,包括電子、光子、和希格斯玻色子(Higgs boson)。

但不幸的是,這個標準模式無法解釋我們看見在宇宙中發生的每一件事物。更重要的是,它無法解釋重力或宇宙擴張速度。

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基礎科學研究所

這導致了暗物質和暗能量的假想力的提議:

– 預測它們組成宇宙的95%,只是有一個問題

– 沒有人能夠看到或偵測到這些力。

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有人認為可能有隱藏的暗粒子組成暗物質和暗能量,而我們的工具無法偵測到。然而像是大型強子對撞機(Large Hadron Collider)之類的實驗正在進行,藉由將普通粒子撞擊在一起,希望從這個物理學的暗領域,在殘骸中的找到一些東西。

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但是到目前為止,暗物理學的世界困惑著我們,而且留下很大的間隙讓研究人員急於填補,以完成對宇宙的了解。

現在,一個可能的解決方案被提出來。根據來自南韓基礎科學研究所(Institute of Basic Science)研究人員的一項新研究,這個間隙可以被一種稱為’暗軸子通道(dark axion portal)’的新類型通道橋接。

物理學的暗世界和可見世界之間的通道是理論物理學家正在研究的,但到目前為止,只提出了兩種類型的通道:向量通道(vector portal)軸子通道(axion portal)

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這兩個通道是根據研究人員預測可能存在的兩個假設的暗領域粒子,也就是軸子(axion)暗光子(dark photon)

軸子被認為是一個非常輕的粒子,被提出來解決標準模型的一些理論問題。暗光子就像是光子的暗版本,而光子是可見光粒子。

但是,不但沒有和像是普通光子的磁電荷相互作用,暗光子還耦合到所謂的暗電荷(dark charge)。暗電荷可能是由其他暗領域粒子攜帶。

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在過去,軸子通道和向量通道被實驗性地用來嘗試尋找這兩個粒子的證據,但這個團隊認為暗軸子通道可能是拼圖欠缺的部分。

新通道背後的基本概念是,一種也帶有暗電荷的重夸克類型可能存在於標準模型中,意味著它們可能耦合到暗光子。

這個團隊認為,透過這個重夸克,軸子、光子和暗光子都可以有交互作用;你可以看下方的圖示:

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基礎科學研究所

首席研究員Lee Hye-Sung說:「暗軸子通道暗示在兩個個別被研究的物理學之間第一次有意義的連接:點的連接。」

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「這使得之前的數據得以重新被詮釋,並且可能在軸子和暗光子的搜尋,取得突破。」

到目前為止,這個團隊僅僅提出通道的概念,並概述它的工作原理。但他們現在正在提出一項新實驗,可能實際上使用這個通道來徹底測試是否軸子和暗光子真的存在。

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這是一個非常大膽的概念,而且直到進一步測試之前,我們不會聽到有什麼樣的跡象。

但是,直到我們能找到一種方法來偵測物理學的暗領域,我們只看到宇宙一半的面貌。因此,科學家需要繼續把這些概念丟到暗物理學裡,直到能證實什麼為止。

我們期待看見他們和這個概念接下來要走到哪裡。

這項研究發表在物理評論通訊期刊(Physical Review Letters)

「語音合成由賽微科技提供」

來源:ScienceAlert