暗物質和暗能量是理論和天體物理學家的研究前沿和熱點。一個國際物理學家小組通過最新研究發現,真空空間在強磁場下具有晶體般的特性。研究人員藉此提出了一種新的暗物質候選粒子??偽標量子,并且認為這種粒子存在于宇宙早期和恒星內部。相關論文發表在《物理評論D》上。
暗物質的本質之所以很難確定,是因為在一般人看來,它與黑暗的真空空間并無二異。不過,暗物質具有顯著的引力效應。理論物理學家已經認為,暗物質是宇宙的重要組成部分,它們的總質量是普通的可見物質的6倍,占宇宙整個能量密度的1/4,同時,暗物質和暗能量一道,主宰著宇宙結構的形成。
最新的研究名為PVLAS,在意大利Legnaro國家實驗室進行。在實驗中,研究人員對真空室施加由磁體產生的強大磁場,而后引導一束光線穿過整個裝置。通過觀測發現,穿出真空室的光子具有自旋特性,這與通過晶體產生的偏振光線十分相似。
論文通訊作者、印度理工學院的Pankaj Jain表示,“我們認為,強磁場會導致光線與某種特定粒子發生混合,而這種粒子就是偽標量子。從本質上說,部分光子會先轉變成偽標量子,然后在很短的時間尺度內又轉變回來。這些偽標量子與光線的耦合作用非常微弱,因此它們可能是暗物質的一種新的候選粒子。”
不過,這一結果似乎無法很好地滿足天體物理學上關于光與偽標量耦合的閾值范圍限制,因為從理論上而言,這種耦合作用的閾值應該比實驗中所觀測到的要小得多。Jain和同事對此表示,如果各種偽標量子之間也能夠發生足夠強的相互作用,那么閾值限定可能就不適用了。
研究人員在實驗結果的基礎上提出,如果偽標量子確實存在,那么它們很可能是在宇宙早期形成,再在整個宇宙之中散布開來。他們認為,在現今的宇宙中,當塵埃團塌縮成為恒星時,偽標量子會被萬有引力吸入恒星內部。
研究人員進一步表示,這些恒星內核還能自己產生高能偽標量子。萬有引力吸入偽標量子等物質與恒星內部新形成的光子和偽標量子試圖逃逸的作用相互平衡,這就是一些偽標量子被束縛在恒星內部的原因。比如,太陽中的偽標量子只能夠傳播大約1厘米的距離,就會與其他偽標量子發生作用,從而無法到達太陽表面。
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