欧洲大型强子对撞机 LHC新的目标：寻找暗物质，能发现暗物质吗？
【菜科解读】
随着欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机(LHC)在中断三年后重新启动，巨型粒子加速器有了新的目标：寻找暗物质，这种神秘的物质必须占宇宙中所有物质的80%，但没有人见过。
这是一个令人震惊的事实，宇宙中的绝大多数物质实际上是我们看不见的。
天文学家认为暗物质一定存在，因为他们看到了它的引力指纹。
暗物质是无形的宇宙支架，将星系和星系团连接在一起。
我们只是不知道它是什么。
有趣的是，大型强子对撞机上最小尺度的实验可能是解开最大尺度宇宙之谜的关键。
“自从发现希格斯玻色子以来，暗物质领域已经完全改变了，”欧洲粒子物理研究所理论部门的负责人吉安·吉迪斯在6月底的新闻发布会上说。
十年前，暗物质身份的主要竞争者是一类被称为弱相互作用大质量粒子的粒子，简称WIMPS。
这些粒子质量很大——因此暗物质有很强的引力——但除此之外，它们与其他粒子的相互作用或“耦合”很弱。
现在，物理学家正在考虑对暗物质的各种解释，包括奇异的辐射，例如被称为“暗辐射”的准辐射形式，其波长可以延伸到几光年，到迷你黑洞、修正重力、超对称粒子和其他种类异国情调的东西。
尽管有这些新理论，但仍将某种类型的粒子视为暗物质身份的主要竞争者似乎是合理的。
苏格兰爱丁堡大学粒子物理学教授维多利亚·马丁说：“我们认为肯定还有我们尚未发现的其他粒子，它们不是标准模型的一部分，但可能构成暗物质。
”
十年前由大型强子对撞机发现的希格斯玻色子可能是关键。
希格斯玻色子是希格斯场的中介，希格斯场是一个跨越宇宙的能量场，大质量粒子通过与希格斯玻色子相互作用从中汲取质量。
众所周知，暗物质非常害羞和退休，只能通过引力与宇宙的其他部分相互作用。
否则我们看不到它，这使得检测它成为一个问题。
然而，如果它是 WIMP，那么它的质量肯定与其他大质量粒子的来源相同，特别是希格斯场。
“我们知道希格斯玻色子与所有重物相互作用，所以如果暗物质是重粒子，那么希格斯玻色子应该与它相互作用，”马丁说。
这将希格斯玻色子推向了暗物质研究的前沿，这是对黑暗领域的探索，这在 12 年前大型强子对撞机首次启动时是不可能的。
这个想法是，如果暗物质与希格斯场相互作用，那么我们可能会通过大型强子对撞机的一项实验看到希格斯玻色子衰变为暗物质。
然而，虽然 WIMP 曾经是每个人最喜欢的暗物质解释，但更轻粒子的可能性，例如称为轴子的假设粒子，现在又回到了绘图板上。
大型强子对撞机 FASER（前向搜索实验）仪器的发言人杰米·博伊德：“暗物质可能具有的质量范围很广。
”
假设暗物质粒子是较轻的粒子，例如轴子。
它需要大量的这些粒子才能让宇宙充满引力表明存在的所有暗物质，因此轻暗物质粒子的特性必须非常精确，它们的质量和耦合具有特定的值。
正如希格斯玻色子介导粒子与希格斯场之间的相互作用，光子允许电磁场与粒子耦合一样，暗物质介体将允许暗物质与标准模型中的其他粒子“对话”。
已经对不同类型的介体进行了理论化，部分区别在于它们的量子自旋，但 FASER 专门用于检测的介体是假设的和听起来神秘的“暗光子”。
“暗光子可能在大型强子对撞机的碰撞中产生，”博伊德说。
顾名思义，暗光子很难直接检测到。
相反，这个想法是，在 LHC 中的重离子碰撞产生暗光子后，暗光子随后会进入 FASER 仪器，在那里它有可能与致密的钨靶相互作用并衰变为FASER更容易检测到的一堆普通标准模型粒子。
从本质上讲，一堆标准模型粒子似乎是凭空出现的——它们可能是暗光子偷偷溜过而未被发现的确凿证据。
这是一个很长的机会，但即使是无效的结果也会为科学家提供有价值的信息。
暗光子质能的理论预测相当广泛。
大型强子对撞机至少能够排除大部分可能性，进一步限制暗光子和暗物质粒子可能隐藏的位置。
#p#分页标题#e#大型强子对撞机正在与显示暗物质宇宙效应的天文观测相一致，这些观测可以为理论模型提供信息，其中一些可以通过大型强子对撞机进行测试——这个难题有很多移动的部分。
虽然没有人进入这个新的大型强子对撞机观测运行，期望最终找到暗物质，但新的测量预计将有助于缩小对暗物质可能隐藏位置的搜索范围。
而且，如果大型强子对撞机确实发现了暗物质，那将是本世纪的科学发现。
当未来的科学历史学家回顾大型强子对撞机时，他们将不再将其与希格斯玻色子联系起来，而是将其视为最终为黑暗宇宙带来光明的仪器。
宇宙存在暗太阳和暗行星？暗生命或活在暗物质世界与我们近在咫尺
但科学家们对于暗生命和暗物质的探索一直在进行当中。
暗太阳和暗行星在2008年，美国的科学家们发现了两颗太阳，它们的亮度非常之暗，只有太阳亮度的百万分之一。
这两颗太阳被称为暗太阳。
顾名思义，暗行星的亮度也非常之暗，目前发现的暗行星距离太阳非常之遥远。
暗物质和暗生命自人类开辟航空航天事业以来，就一直在通过直接探测、间接探测以及对撞机探测等探测手段探测暗物质的存在。
暗物质指的是一种由惰性中微子、轴子以及多种粒子所构成的不可见的物质，它也如同暗行星和暗太阳一般存在于宇宙当中。
目前它只是一种理论上的东西，但根据理论的分析，暗物质承载着中枢的作用，如果没有暗物质的存在，宇宙很可能会分崩离析。
如果存在暗物质，那么暗生命的存在也是极有可能的。
暗物质于暗生命而言就如同地球于人类，二者之间相互依靠，紧密连接，不可分离。
暗生命世界目前，人类已知的宇宙世界是一个浩瀚无垠的宇宙世界，如果通过科学手段探测出暗物质以及暗生命，就很可能衍生出一个暗宇宙。
如同人类生存在地球当中一样，暗生命和暗物质也同样构成了暗宇宙的存在。
或许这些物质目前已经存在，但人类的科技手段达不到可以探测出来它们的水平；如果它们真的存在，是否能够对人类的生命造成威胁，是否会对地球展开攻击，这一切都不得而知。
探索的道路道阻且长，我们还需要继续努力。
发现暗物质新方法：观察与太阳碰撞时产生的冲击波
现在，研究人员提出了一种有趣的新方法来发现它：寻找暗物质“小行星”与太阳碰撞时产生的冲击波。
由于不反射、不吸收、不发射光线，因此暗物质很难被观察到。
但是科学家们非常肯定它的存在，因为它确实通过其很大的引力影响与光和常规物质相互作用。
这影响了太阳和其他天文物体的运动，并由此计算出宇宙中的暗物质应该比常规物质多五倍。
在一项新的研究中，来自 SLAC 国家加速器实验室和巴黎萨克雷大学的研究人员提出了一种全新的方法来探测宇宙中的暗物质。
该团队说，当暗物质穿过太阳时，它将产生独特的信号，可以被望远镜接收到。
探测暗物质的部分挑战是它的许多特性仍然未知，包括组成它的粒子的质量。
在这项研究中，研究小组专注于质量相当于一颗小行星的团块。
该研究的作者 Kevin Zhou 在接受 Phys.org 采访时说：“大多数实验都在寻找由独立粒子组成的暗物质，每个粒子的重量与原子核差不多，或者质量与行星或太阳差不多的团块。
我们对小行星大小的暗物质的中间情况感兴趣，这被认为是很难通过实验来测试的，因为暗小行星太罕见了，不会影响地球，但是太小了，在宇宙中看不到”。
如果它们存在，，这些暗物质小行星预计会偶尔穿过天体，而这可能是它们最后暴露自己的方式。
该团队说，当暗物质小行星以超音速急速穿过一颗太阳时，它将产生冲击波。
当这些波到达太阳的表面时，它将产生一个短暂的光学、紫外线和X射线的信号，可以被望远镜探测到。
