寻找暗物质取得突破：一个新的框架可以帮助寻找重热暗物质

       天体物理学家几十年来一直在寻找暗物质，但到目前为止，这些研究结果令人失望。在最近的一项研究中，魏茨曼科学研究所(Weizmann Institute of Science)和以色列耶路撒冷希伯来大学(Hebrew University of Jerusalem)的两名研究人员引入了一个新的理论框架，该框架概述了质量高达1014 GeV的基本热暗物质的机制。

       在他们的工作中考虑的暗物质是由几个几乎退化的粒子组成的，它们以一种与暗物质研究中使用的标准模型一致的方式散布在最近邻链中。这些研究人员提出的新框架，在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上发表的一篇论文中进行了概述，可能最终会为未来对重暗物质的研究提供信息。

       “暗物质的性质是现代物理学中一个长期存在的问题，”进行这项研究的研究人员之一Hyungjin Kim告诉Phys.org。”一样沉重的希格斯玻色子的粒子,和参与互动的优势在于电弱相互作用,被认为是一个特别好的动机暗物质的候选人,因为它经常自然地出现在处理另一个关键问题:电弱之间的等级规模和普朗克尺度。”

       被认为是一个很好的暗物质候选者的粒子，被称为弱相互作用大质量粒子(WIMP)，可以由早期宇宙中处于热平衡状态的标准模型粒子之间的相互作用自然产生。这个特殊的过程被称为“热冷冻-排出机制”。

       根据目前的天体物理学理论，我们今天的宇宙中大质量弱相互作用大质量粒子的最终丰度对初始条件或模型参数的细节是不敏感的。然而，由Kim Griest和Marc Kamionkowski在1990年发表的一篇论文中提出的一个普遍的观点是，当暗物质的质量超过100 TeV时，这种热冷冻机制就不起作用了。，比希格斯玻色子重一千倍)。

       ”在最近的一篇论文中,我们证明这种常见的传说是错的,表明热定额出局是可能的,即使暗物质是几个数量级比希格斯色子的质量重,如果有一组黑粒子散射的标准模型粒子与近邻的相互作用,”埃里克·Kuflik背后的其他研究人员的研究,说。“然后，暗物质的残留丰度由暗粒子和标准模型粒子之间的随机相互作用决定。”

       Kim和Kuflik提出的机制描述了一组暗物质粒子通过最近邻的相互作用与普通物质散射，这种相互作用在不同物种之间发生变化。换句话说，它表明暗物质在暗物质物种之间“随机游走”，不断地改变着自己的身份。因此，根据研究人员介绍的框架，暗物质的丰度是在早期宇宙中由热决定的，这使得暗物质的质量非常重。

       金解释说:“我们已经证明，暗物质可以在处于热平衡状态的早期宇宙热浴中产生，即使是那些比传统观点认为的要重得多的暗物质。”“有趣的是，在我们的设想中暗物质粒子的丰度只取决于暗物质粒子与标准模型粒子的相互作用强度。”

       由Kim和Kuflik开发的新框架可能对研究宇宙微波背景、结构形成和宇宙射线有重要的意义。此外，它可以作为大型暗物质实验研究的基准，因为它表明，在宇宙晚期，普通物质粒子的衰变可能会留下有趣的天体物理学和宇宙学特征，研究人员可以在寻找暗物质时寻找这些特征。

       他说:“我们希望在今后的工作中朝两个有希望的方向发展。“首先，我们的机制不可避免地预测了整个宇宙历史中暗物质粒子衰变为标准模型粒子的过程。这可能会留下有趣的天体物理特征，比如超高能量的宇宙射线等等。对宇宙学的影响也很有趣。”

       到目前为止，Kim和Kuflik已经描述了超重暗物质的基本概念，并通过参数化暗粒子和标准模型粒子之间的相互作用强度，提供了暗物质的“简单玩具模型”。然而，在接下来的研究中，Kim和Kuflik计划对粒子物理学理论进行详细的研究，以实现他们的超重热暗物质机制。

       “在粒子物理学中明确的实现将有助于识别该机制所预测的一整套实验信号，这将教会我们排除或检测这类暗物质的最佳方法，”Kuflik补充说。