寻找暗物质粒子的行动又一次宣告失败。
计算机模拟的早期宇宙大尺度(大约5000万光年以上)光源分布。
Andrew Pontzen / Fabio Governato
自从科学家发现星系的自转速度太快,不符合人们的估计以来,“暗物质”三个字便逐渐进入了公众的视野。有人认为是引力理论不完善,但更多的人认为,宇宙中一定有某种看不见摸不着的东西,为星系提供了额外的质量,才能维持它的高速自转,否则星系就散架了。
为了寻找这种看不见摸不着的东西,科学家可谓绞尽了脑汁。这种东西不会和光子发生相互作用,因此我们看不着。但它一定会产生引力,会影响常规物质的运动方式。人们渴望找到这样一种暗物质,以期解释宇宙呈现在我们眼中的异常。
有的科学家认为,暗物质是由一种弱相互作用大质量粒子组成的。但这些看法有非常明显的短板。因为这样的大质量粒子必定会对宇宙中的星系结构产生影响,形成一种小尺度星系蛛网结构。而这种结构至今为止还没有人看到。于是有的科学家转而探寻另一种可能,假设暗物质是一种超轻粒子。
超轻粒子理论中的一些版本认为,暗物质是由一种质量只有电子1/1028的粒子组成的。这些粒子因为质量极小,其行为在一定程度上更像是波。
暗物质在宇宙质能总和中的占比大约有1/4,因此假如暗物质是一种超轻粒子,那么它们的数量应该是极多的。它们的状态也一定是独特的,这种状态大约与所谓的“玻色-爱因斯坦凝聚态”相近。粒子在这种状态下,通常是超低温的,且会大批聚集在一起,其行为就像是一个整体,像是一个巨大的单一粒子。虽然单个暗物质粒子不会与光相互作用,但是在大尺度上,暗物质粒子团块产生的场,会使光发生偏振。
持这个观点的科学家认为,受暗物质团块影响而产生的偏振效应,其最小可感范围的直径大约是325光年。场的振荡速度,取决于超轻暗物质粒子的质量,因此假如科学家能够发现这种效应,就能够测出暗物质的质量。
这真是一种似乎很合理的设想,我们只要在足够大的范围内,观测到宇宙星光中存在这种振荡,就可以说我们发现了暗物质存在的证据。
但是事实却让科学家又一次失望了。
最近一些科学家在“甚长基线望远镜阵列”的观测数据库中,分析了一组活跃星系及其喷流产生的辐射。在分析了20年的数据量后,科学家发现了很多疑似的振荡现象,但没有一种符合预期。这些振荡中的大多与活跃星系核的脉冲有关,几乎没有规律可言;而来自超轻暗物质粒子的振荡应当是规律性的。
科学家最终也未能在数据中找到任何与超轻暗物质粒子有关的迹象,至少没能找到那些可以解释宇宙缺乏小尺度星系蛛网结构的理论所预言的那种。
寻找暗物质是一个非常艰巨的任务。也许我们最终会找到它,但也许我们始终会徒劳无功。目前科学家唯一可以确定的,是它不属于任何已知粒子,甚至于无法归入现有的粒子物理学。正如相关研究者,俄罗斯科学院原子核研究所的Sergey Troitsky所说,假设一种粒子没有质量,不与外界发生任何其他类型的相互作用,只会产生引力,是容易的;但要求证,情况可就不一样了。