暗物质或许是额外维度里的引力子

一种新的理论表明，构成暗物质的基本粒子可能是来自额外维度的宇宙难民。

理论计算表明，这些粒子制造的额外质量恰好可以解释暗物质，而暗物质只能通过其对普通物质的引力来“被看到”。

“大质量引力子是由早期宇宙中普通粒子的碰撞产生的。这一过程被认为太过罕见，所以大质量引力子不能成为暗物质的候选者。”该研究的合著者、法国里昂大学的物理学家贾科莫·卡恰帕格利亚(Giacomo Cacciapaglia)告诉 Live Science。

但在 2 月发表在《物理评论快报》杂志上的一项新研究中，Cacciapaglia 与高丽大学的物理学家 Haiying Cai 和 Seung J. Lee 一起发现，在早期宇宙中已经产生了足够多的这些引力子，足以解释所有我们目前在宇宙中探测到的暗物质。

研究发现，如果引力子存在，它们的质量将小于 1 兆电子伏 (MeV)，因此不超过电子质量的两倍。

这个质量水平远低于希格斯玻色子为普通物质产生质量的尺度——这是该模型产生足够多的普通物质以解释宇宙中所有暗物质的关键。 (相比之下，根据美国国家标准与技术研究院的数据，已知最轻的粒子中微子的重量不到 2 电子伏特，而质子的重量约为 940 MeV。)

该团队在寻找额外维度的证据时发现了这些假设的引力子，一些物理学家怀疑这些额外维度与观察到的空间三个维度和第四维度时间一起存在。

在该团队的理论中，当引力通过额外维度传播时，它会在我们的宇宙中以大质量引力子的形式出现。

但这些粒子只会与普通物质微弱地相互作用，而且只能通过引力。

这种描述与我们对暗物质的了解惊人地相似，暗物质不与电磁场相互作用，但在宇宙中的任何地方都能感受到引力影响。

“大质量引力子作为暗物质粒子的主要优点是它们只在引力下相互作用，因此可以逃避检测。”卡恰帕利亚说。

相比之下，其他暗物质候选者——例如弱相互作用的大质量粒子、轴子和中微子——也可能通过它们与其他力和场的非常微妙的相互作用而被感受到。

大质量引力子不借助引力之外的效应与宇宙中的其他粒子和力相互作用，这一事实提供了另一个优势。

“由于它们的相互作用非常弱，它们衰变非常缓慢，以至于它们在宇宙的整个生命周期中都保持稳定。”卡恰帕格利亚说，“出于同样的原因，它们在宇宙膨胀过程中缓慢积累并达成今天的规模。”

过去，物理学家认为引力子不太可能是暗物质候选者，因为产生它们的过程极为罕见。但研究团队发现，在大爆炸后的皮秒(万亿分之一秒)内，出现的引力子比过去的理论所暗示的要多。

研究发现，这足以让大质量引力子完全对应我们在宇宙中探测到的暗物质的量。

“这种修正确实令人震惊。我们反复检查以确保计算无误，因为它导致潜在暗物质的候选者发生了范式转变。”

由于大质量引力子的形成低于希格斯玻色子的能量尺度，因此它们摆脱了与更高能量尺度相关的不确定性，而目前的粒子物理学并没有很好地描述这一点。

该团队的理论把在大型强子对撞机等粒子加速器上研究的物理学与重力物理学联系起来。

这意味着强大的粒子加速器，如欧洲核子研究中心未来的圆形对撞机(将于 2035 年开始运行)，可用于寻找这些潜在的暗物质粒子。

https://www.sciencealert.com/new-theory-suggests-that-dark-matter-could-be-an-extra-dimensional-cosmic-refugee