暗物质来自额外维度宇宙？

参考消息网4月13日报道据美国趣味科学网站4月10日报道，暗物质可能是来自额外维度的宇宙遗物。

暗物质是占宇宙质量大部分的神秘物质，可能由被称为引力子的大质量粒子构成，而后者是在大爆炸后的第一时间首次形成的。一种新的理论认为，这种假想的粒子可能是来自额外维度的宇宙“难民”。

研究人员的计算表明，这种粒子的数量可能恰好足以解释暗物质——暗物质只能通过它对普通物质的引力而被“看到”。研究报告合著者、法国里昂大学物理学家贾科莫·卡恰帕利亚对趣味科学网站说：“大质量引力子是由宇宙早期的普通粒子碰撞产生的。这个过程曾经被认为过于罕见，以至于大质量引力子不足以成为暗物质的候选者。”

但在今年2月发表在美国《物理评论快报》周刊上的一项新研究中，卡恰帕利亚与韩国高丽大学物理学家蔡海英（音）和李胜俊（音）发现，这种在宇宙早期形成的引力子的数量足以解释我们目前在宇宙中发现的所有暗物质。

这项研究发现，如果引力子存在的话，它们的质量会小于1兆电子伏，因此不会超过一个电子质量的两倍。这一质量水平远低于希格斯玻色子使普通物质获得质量的量级———这也是产生足够多的引力子可以解释宇宙中一切暗物质的模型的关键。相比之下，根据美国国家标准与技术研究所的数据，已知最轻的粒子中微子的质量不到2电子伏，而一个质子重约940兆电子伏。

该研究团队在寻找额外维度存在的证据时发现了这种假想的引力子。一些物理学家怀疑，在已知的空间三个维度和第四维度时间之外还存在额外维度。

按照该研究团队的理论，当引力通过额外维度传播时，它就会在我们的宇宙中形成大质量引力子。

但这种粒子只会与普通物质发生弱相互作用，而且只能通过引力的方式。这种描述与我们所知的暗物质极其相似，即暗物质不会与光发生相互作用，但在宇宙中却处处都可以感受到引力的影响。例如，这种引力影响正是阻止星系分崩离析的原因。

卡恰帕利亚说：“大质量引力子作为暗物质粒子的主要优势在于，它们只能通过引力的方式相互作用，因此它们的存在能够不被发现。”

相比之下，其他被提出的暗物质候选者———比如弱相互作用的大质量粒子、轴子和中微子———可能也会因为它们与其他力和场的非常微弱的相互作用而被感知。

大质量引力子只能通过引力与宇宙中的其他粒子和力相互作用的事实也带来了另一个优势。

卡恰帕利亚说：“由于它们的相互作用非常微弱，所以它们的衰变十分缓慢，以至于能够在宇宙的整个生命期内保持稳定。出于同样的原因，它们在宇宙的扩张过程中缓慢产生，并在那里积累到今天。”

过去，物理学家认为引力子不大可能是暗物质的候选者，因为产生引力子的过程极其罕见。因此，引力子的产生速度会远低于其他粒子。

但该研究团队发现，在大爆炸后的1皮秒（1万亿分之一秒）内所产生的这种引力子的数量要比过去的理论所认为的更多。他们的研究发现，这一增量足以使大质量引力子得以完全解释我们在宇宙中所发现的暗物质的数量。

卡恰帕利亚说：“这一增量的确令人震惊。我们必须进行多次检验以确保这一结果是正确的，因为它会给我们将大质量引力子视为潜在暗物质候选者的看法带来范式转变。”

由于形成大质量引力子的能量级低于希格斯玻色子，因此它们不会受到与更高能量级相关的不确定性———现有的粒子物理学还不能很好地予以描述———的影响。

报道说，该研究团队的理论将在大型强子对撞机等粒子加速器上研究的物理学与引力物理学联系在了一起。这意味着强大的粒子加速器———比如将于2035年开始运行的欧洲核子研究中心（CERN）“未来环形对撞机”———可以寻找这种潜在暗物质粒子的证据。

卡恰帕利亚说：“也许我们最好的机会存在于未来的高精度粒子对撞机上。这是我们目前正在研究的事情。”