奥秘的宇宙之门：将暗物资从新变成普通物资，颇为神奇

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（图片来源：站酷海洛【shutterstock】）
这个来自天体物理学家的设法也许能够解开两大实践谜团：其一是河汉系核心为何会向外辐射少量怪异的超高能射线？其二是自从50年前被发现就始终困扰人类至今的所谓看不见的暗物资，究竟是甚么？
这个设法有一个特别炫酷的名字——引力之门实践。该实践以为，当两个暗物资粒子（先不管暗物资是甚么）被吸入引力之门时，它们会互相湮灭并释缩小量的强伽马射线。


该实践的思绪潜伏解释了为何河汉系的核心——大家广泛以为那里满是潜在的暗物资团——有那末多伽马射线。同时，这个实践也将暴-露暗物资的静止法则，以及暗物资与宇宙间普通物资的碰撞交流。
暗物资究竟是甚么？
宇宙中有80%以上的物资都没有方法用粒子物理学的规范模型来解释。迷信家称之为“暗物资”，由于这些物资不和光产生任何反映。1970年，暗物资的存在被初次提出，过后的天文学家维拉.鲁宾（Vera Rubin）发现星系旋转的速度比预想要快很多——假如没有额定的、暗藏的引力加成，在如斯高速的运行下，这个星系早在亿万年前就撕裂了。


几十年来，天文学家们对是不是需求改动以往对重力的意识犹豫不定，也不知道是不是要把“存在但的确看不见”的物资参加对宇宙的意识中，或者换一种说法——把一种全新的构成宇宙的物资囊括到已有的种别中。但跟着时间的流逝，少量的视察考据之后，谜底渐渐明晰。没有任何一个打过补钉的重力实践能够解释一切的景象。物理学家们对宇宙中正态物资的规模进行了严格的限度（光、暗和介于二者之间的所有物资）。
接上去，只要暗物资可以解释飞速旋转的星系了，这将是一种全新的粒子，特性未知。它不与光产生互相反映，否则咱们就能看到这类物资的存在了。它也不和强原子核力产生反映，否则它就会和粒子们组分解为物资，迷信家就能在原籽实验中检测到它的存在。暗物资也许会和弱原子核力产生反映，但弱原子核力太过强劲，影响的规模过小，以致于视察预期后果的任何偏差都极具应战性。


或许此刻，就有没有数的看不见的暗物资粒子悄无声息穿过你的身材。
但是，暗物资的引力使它终究被众人发现，由于宇宙中每一个个品质体都拥有引力，这是天然定律。所以要理解暗物资，万无一失的办法就是经过视察其与正常物资的引力互相作用，例如星系中恒星的静止。
但这也许不是独一的办法。
甚么是超能电子


颁发在arXiv预印数据库的一篇讲演指出，物理学家提出一项全新的实践来解释“作甚暗物资”和“暗物资如何运作”的困难。但在理解他们的实践以前，咱们需求引见一点能帮忙咱们了解暗物资的线索。这些线索来自河汉系核心散射出的超量伽马射线的状态。
伽马射线是辐射的最高能量状态。咱们通常只会在一些高能量流动中找到他们的身影，好比超新星的造成。然而在河汉系核心的伽马射线只多不少，鉴于这本来是非常稀有的灾害性事情。故而这项新实践提出，伽马射线多是高能电子静止的副产物。
这些高能电子，又叫做“轻子”，比伽马射线更易发生，来源未知，遍布全部河汉系。这些电子无奈被检测出（它们过小过小），但当它们在星际空间穿行时，不经意间会撞上随机的光子（光粒子）。


温和且低能量的光粒子与强侵犯性的高能电子相撞，撞击使光粒子获取了少量的能量，乃至开始辐射出咱们能看见的伽马射线。
这些撞击解释了伽马射线的来源。但这些高能电子又是来自于何处呢？
穿梭引力之门
让咱们回顾一下已掌握的常识。第一，暗物资能够经过重力表示出来。第二，河汉系核心少量的伽马射线来自于无处不在的高能轻子。第三，由于银核具有最大的物资密度，所以咱们公道揣测那里也是暗物资的会萃核心。
这是偶合？仍是成心为之？
前两个景象之间的分割有一个恰到好处的名字：轻子引力门。这个实践由中国天提粒子物理学次要试验室的孙旭东和戴本忠传授在其颁发于arXiv的论文中得以完美。该论文尚无通过同行评审。


让咱们从“引力门”的部份开始。只有咱们了解甚么是引力——一种吸引物体的力。地球吸引月亮，太阳吸引地球，河汉系里的恒星相互吸引……这样的例子还有得多。引力在吸引物体方面的确精打细算。
所以，从外表下去看，暗物资也在引力的约束之中。
然而人们对引力的意识是不片面的。物理学对引力的解释是合用于大型物体的，却没有一种所谓的“量子引力学”，能够解释极巨大物体的引力作用。在这个畛域，引力也会能带给咱们一些未知的惊喜。


一些此外的天然气力可以继续歼灭、转化和发明粒子。例如，弱核力能够将质子变为中子，诱发喷射衰变。粒子及其反粒子能够经过电磁力衔接，在辐射发作中互相湮灭。
因此，在极端状况下，重力或许能够使两个暗物资粒子会萃在一同并捣毁它们，将它们变为其余物资。
按照钻研者们描画出来的实践模型，或许这些暗物资粒子转化为轻子。因此在这个名字的“leptophilic”的部份，意思就是“lepton-loving”（偏向于轻子）。
按照这个新实践，暗物资粒子有时的相互湮灭，最大多是经过引力的偶尔相互作用。这些偶尔互相作用在物理学术语中被称为“引力之门”，并为粒子仅仅经过重力互相作用提供了一种形式。那次碰撞的产物是高能电子。这些碰撞在河汉系核心会更常见，那里的暗物资密度可能也是最高的。而后，这些电子会在宇宙中继续漫游，终究撞击低能光子，分发出伽马射线，造成咱们所视察到的河汉系核心的少量射线。


不能不抵赖，这个设法有点夸大。但鉴于物理学家在辨别暗物资方面始终不克不及冲破，新的设法老是受欢送的。该实践与观测到的少量伽马射线的状况是相互婚配的。然而，一旦大门被关上，抵赖暗物资粒子转化为正态物资（在这类状况下是轻子），必需用更多的实践任务来寻觅证实该实践的其余办法。
BY:Paul Sutter
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