天文学家在观测宇宙的过程中发现了许多无法解释的现象,称这些神秘现象背后的共同推手为暗物质

探测来自地心的中微子。IceCube Collaboration

地心若是湮灭那我们就完了。但地心有什么东西在那里湮灭却是有可能的。

天文学家在观测宇宙的过程中发现了许多无法解释的现象,比如星系的转速超过了它自身的承受能力,集结成群的星系以超越自身能力的方式扭曲了遥远的星光,宇宙形成时留下来的微光中存在着不能解释的波动……等等。天文学家称这些神秘现象背后的共同推手为暗物质。

但是到目前为止人类只能在宏观尺度上观测到暗物质活动的迹象。暗物质在当前通行的粒子物理模型中没有一席之地。迄今为止没有人能够发现组成暗物质的微观载体,也没有人能够在我们熟悉的日常环境中探测到暗物质带来的效应。

然而从某种意义上来说,暗物质的这种特性意味着我们距离证实它或者推翻它,都只有一步之遥。

科学家正在致力于探测暗物质。比如位于南极的冰立方中微子天文台,虽然不能直接探测暗物质,但是最近发布的一个结论却与暗物质有关。

冰立方能够探测中微子。中微子是一种质量极小的粒子,能够穿透几乎一切,被视为粒子界的幽灵。而暗物质的主流假说认为,暗物质粒子能够互相湮灭并释放出中微子。

该假说认为,暗物质是由本身质量很大,基本只在彼此之间相互作用,而很少与常规物质粒子相互作用的粒子组成的。这些粒子被称为弱相互作用大质量粒子,它们中有一些可能会隐藏在我们地球的中心。

弱相互作用大质量粒子如果存在,它们在与大质量的天体——比如行星或恒星发生碰撞后会发生减速,一部分粒子会被该天体的核心俘获。

如果是这样,那么随着时间的流逝,被囚禁在天体核心的这些粒子会越来越多,它们有越来越高的概率在相互碰撞中湮灭,并在衰变后释放出中微子。

而这如果也成立,那么我们就可以发现,来自天体——比如地球核心的中微子数量,会比来自宇宙其余部分的多。

冰立方最近公布的,就是针对来自地心方向中微子数量的探测结果。

令人遗憾的是,此次冰立方并没有发现来自地心的中微子数量有异。基于冰立方传感器本身的特点,研究人员谨慎地认为,可以有效地排除存在质量大于100GeV弱互作用大质量粒子的可能性。也就是说,宇宙间可能并不存在质量相当于100个质子以上的暗物质粒子。这一结果也符合其它相关研究的结论。

但是这一结果并不排除宇宙间存在较低质量弱互作用大质量粒子的可能。冰立方正计划升级,以提升其探测灵敏度,以其在未来获得探测较低质量弱互作用大质量粒子的能力。

不可否认的是,当前主流暗物质假说中可供检验的选项已越来越少。针对暗物质这种不可解释的神秘现象,人们准备好认真考虑其他可能性了么?

弱相互作用大质量粒子可能会发生湮灭和衰变。Gao Linqing / Lin Sujie

参考

Search for dark matter annihilations in the center of the Earth with IceCube

https://arxiv.org/abs/2308.02920

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