捕捉暗世界的幽靈——暗粒子_風聞

原創：牧夫天文

從提出猜想到今天，暗物質一直困擾着研究者們。它們既是宇宙演化的重要參與者，卻又讓我們摸不着頭腦。儘管人類進行了大量尋找暗物質的實驗，但始終沒有什麼收穫。

於是研究者們轉向了暗粒子。我們世界中的常規物質由許許多多不一樣的粒子構成，那麼“暗世界”是不是也有不同種類的暗粒子呢？沒有人知道，也沒有人能證明。但是，在2021年，當LHC（大型強子對撞機）再次投入使用時，這將是科學家們計劃探索的主要項目——去尋找可能存在的暗粒子。

LHC大型粒子對撞機內觀

Credit: Wiki

現在已知的大多數粒子都處於“標準模型”之中，例如電子和光子，或者構成質子和中子的各種夸克。粒子學家不只發現了它們，還弄明白它們相互作用的4種相互作用：電磁作用、引力作用、強相互作用以及弱相互作用。

然而，暗物質並不在標準模型框架之中。不僅因為它是全新的物質，而且它僅表現出引力相互作用，這使暗物質與眾不同。

一些科學家認為暗物質存在於粒子之間的虛空之中，並且有着屬於它們自己的獨特相互作用。打個比方，如果標準模型代表着所有陸棲生物，那麼暗物質就像是第一個露出水面被我們發現的海洋生物。

目前發現的標準模型下的基礎粒子

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來自芝加哥大學的物理學家王連濤認為：大型強子對撞機很有可能幫助我們揭開暗粒子的一部分神秘面紗。他的團隊在今年4月3日發表了一篇文章來解釋其中的原因。

大爆炸剛剛發生的幾分鐘內，宇宙中只有混沌的一團團粒子，這些粒子的週期可能還不到一秒鐘。大型強子對撞機的工作是將粒子加速並碰撞，由此來模擬大爆炸後幾分鐘的環境。王連濤預測在相撞的兩方粒子之中，有一些可能與暗世界的粒子相關，並在撞擊後衰變得更加緩慢，在維持一納秒後消失。

粒子對撞概念圖

論文的另一位作者劉震表示：“直接探測暗物質肯定是一項艱鉅的工作，但是探測衰變過程中的暗粒子會容易的多，它好比是瞭解暗世界的探針。”

王連濤表示：“我們仍需要做大量的研究。我們利用大型強子對撞機只關注與我們想要了解的東西，這導致我們會忽略其它大量信息。”哪怕是在現在已有的大型強子對撞機的數據庫裏，人們仍然能夠從過去的一些可疑撞擊中，每年提取出1000TB以上的新信息。這相當於是谷歌或facebook每年的數據量。

在使用對撞機時，科學家們必須告訴對撞機他們想要探測什麼。因此在收集數據的時候會忽略大量其它發生的事件。所以，如果科學家想要不漏過更多寶貴的信息，他們就必須重新審視大型強子對撞機對目標事件的定義。

幸運的是，王連濤團隊還有時間。2021年對撞機將重新投入使用，雖然能夠發現暗粒子的撞擊是偶然中的偶然，但他們可以在進行萬億次撞擊，説不定這其中的哪一次就會帶着一位暗世界的使者來到人們的面前。

嗯，從人眼觀察暗世界應該就長這樣

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