全球百事通！物理學家已開發出一種預測暗物質成分的方法

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這項新工作的核心是預測質量介于電子和質子之間的暗物質模型的“宇宙學特征”。以前的方法曾為較簡單的暗物質模型預測了類似的特征。該論文的作者指出，這項研究建立了在更復雜的模型中找到這些特征的新方法，而這些模型的實驗還在繼續尋找。這篇論文于7月6日發表在《物理評論快報》雜志上。

“搜索暗物質的實驗并不是了解這種神秘物質類型的唯一途徑，”紐約大學物理系的博士生、該論文的主要作者Cara Giovanetti說。

“對宇宙不同參數的精確測量--例如，宇宙中氦的數量，或早期宇宙中不同粒子的溫度--也能讓我們對暗物質有很多了解，”Giovanetti概述了《物理評論快報》論文中描述的方法。

在研究中，物理學家們專注于大爆炸核合成（BBN）--一個創造輕物質形式的過程，如氦、氫和鋰。不可見的暗物質的存在影響了這些元素中的每一種將如何形成。對這些現象至關重要的還有宇宙微波背景（CMB）--由電子和質子結合產生的電磁輻射，它在宇宙形成后仍然存在。這項工作是與紐約大學博士后Hongwan Liu、紐約大學物理系副教授Joshua Ruderman、普林斯頓大學物理學家 Mariangela Lisanti、Giovanett及其合著者共同進行的。

該科學家團隊通過創建同時考慮到BBN和CMB的模型，尋求一種手段來發現特定類別的暗物質的存在--其質量介于電子和質子之間。

Giovanett解釋說：“這種暗物質可以改變早期宇宙中產生的某些元素的豐度，并通過改變宇宙膨脹的速度在宇宙微波背景中留下一個印記。”

在他們的研究中，該團隊對與某些形式的暗物質的存在有關的宇宙學特征進行了預測。這些特征是暗物質改變不同粒子的溫度或改變宇宙膨脹速度的結果。

他們的結果顯示，太輕的暗物質將導致與天體物理觀測所看到的不同數量的輕元素。“較輕形式的暗物質可能使宇宙膨脹得如此之快，以至于這些元素沒有機會形成，”Giovanett說，她概述了一種情況。

她補充說：“我們從我們的分析中了解到，一些暗物質的模型不能有太小的質量，否則宇宙看起來就會與我們觀察到的不同。”