【正見新聞網2020年11月19日】
一項新的研究表明，宇宙誕生初期由高能粒子形成的泡泡，在不斷膨脹的過程中，對暗物質的形成起到過濾的作用，導致質量較大的暗物質才能留存到今天的宇宙。這種難以捉摸的物質會拽著恆星，卻不會發出光。
研究者認為，這正好解釋了為什麼長期用非常精密的設備探測「大質量弱相互作用粒子」（WIMPs）卻一直沒有結果的原因。雖然這種粒子質量是質子的10倍～100倍左右，與普通物質的互動很少而得名，但是這份研究提出，應該尋找比這種粒子更重的暗物質候選粒子。
10月9日發表在《物理評論快報》（The Physical Review Letters）上的研究稱，這個理論也能解釋為什麼暗物質的質量在宇宙中所占的比例如此之高。
暗物質是瑞士天文學家茲威基（Fritz Zwicky）最早在1933年提出的概念，認為宇宙中存在不僅肉眼看不到，用現在先進的儀器也觀測不到的一類物質，而且這種物質在宇宙中所占的比例相當大。現在主流的模型都認為，宇宙中高達80%的物質都是暗物質。
可是這套理論發展到這裡一直還沒有見到突破性的進展。科學家提出了很多暗物質的候選粒子，建造了很多高敏感度的儀器，至今沒有探測到任何暗物質的粒子。
這份研究的主要作者之一美國萊斯大學（Rice University）物理學家安德魯·朗（Andrew Long）說：「雖然幾十年來我們都認為宇宙中暗物質所占的比例，可是對於它的特性和來源都不清楚。暗物質是一種（構成物質的）基礎粒子嗎？如果是，那麼它的質量和自旋情況怎樣？它們與其它粒子的作用力如何？它們又是在宇宙演化的哪個階段形成的呢？」
這個研究組提出的理論，得從宇宙大爆炸初期一個非常短暫的時間內發生的事情說起。
這個理論認為，大爆炸剛發生的初期在還不到幾分之一秒的瞬間，宇宙就像一鍋由高能基礎粒子構成的滾燙的濃湯，在這種環境下，根本無法形成現在人們看到的如質子和中子這類「有序」的粒子，只有混沌的高能等離子。
這個時期相當的短暫，很快，宇宙開始膨脹，粒子逐漸冷卻，不再產生新粒子。與此同時，粒子之間間隔越來越遠，粒子間撞擊的機率驟降，直到粒子達到一個固定的數量。這些剩下的粒子就演化成我們今天認識的各種基礎粒子，像原子、恆星以及人類。
這份研究稱，「有理由相信，還有一些粒子也從那個時期延續至今，可是我們還不了解，比如暗物質。」
具體來說，研究人員認為在那樣幾分之一秒的瞬間，高能粒子經歷了類似開水裡面氣泡變成蒸汽，或是蒸汽冷凝成水滴這樣的狀態的變化。
在這種情形下，冷卻的高能粒子在「濃湯」中突然地形成泡泡。這些泡泡不斷擴張、合併，直到宇宙進入新的演化階段。
「隨著這些液滴擴大到整個宇宙範圍，它們起到像過濾網一樣的作用，把暗物質從高能粒子中過濾出來。」安德魯·朗說：「這樣一來，我們今天宇宙中測到的暗物質的量，就是大爆炸之後幾分之一秒時間裡這種過濾效果的直接體現。」
這些氣泡壁將變成隔層，只有大質量的暗物質粒子才有足夠的能量穿過這個隔層，抵達擴張泡泡的另一端，在質量小一些的粒子不斷湮滅的紛亂之中逃離。
這份研究提出，正因為如此，低質量的暗物質被過濾掉了，所以今天宇宙中暗物質的質量才會如此龐大。
合作研究者德國美因茨大學（Johannes Gutenberg University of Mainz）的科普（Joachim Kopp）說：「這個理論令人興奮的一點是，它提到的暗物質比很多候選粒子，比如知名的WIMPs質量大很多，前幾年，科學家一直聚焦研究這種粒子。所以，我們的研究鼓勵尋找更重的候選粒子。」
（大紀元）