spacer.png, 0 kB
首頁 arrow 觀星論壇 arrow 討論區 arrow 星際大廳、哈拉區 arrow 天文新知 arrow 暗物質+ WIMP + 軸子
暗物質+ WIMP + 軸子
2017-11-25 12:10:49 *
歡迎光臨, 訪客. 請先 登入註冊一個帳號.
您忘了 啟用您的帳號嗎?

請輸入帳號, 密碼以及預計登入時間
新聞:
 
   首頁   說明 登入 註冊  
頁: [1]
  列印  
作者 主題: 暗物質+ WIMP + 軸子  (閱讀 1746 次)
Skyray
GSX-401FW STARGAZER
區域板主
銀河系
*****
文章: 8535



« 於: 2011-01-19 11:46:25 »


 WIMP + 軸子
==

http://mag.udn.com/mag/newsstand/storypage.jsp?f_MAIN_ID=77&f_SUB_ID=234&f_ART_ID=291404


科學家認為宇宙裡充斥著某種不明型態的物質--暗物質,主要原因有兩個:除了因為恆星、星系與氣體雲的運動,好似遭受隱形物質的重力拉扯,也因為在輻射等過程中出現的謎團,都可藉由假設宇宙中存在著迄今仍未知的粒子來解決。

■一般認為暗物質的主要成份是「弱作用大質量粒子」(weakly interacting massive particle, WIMP),那是一種幾乎不與可見世界作用的粒子,平淡無趣是其主要特徵。

■但事實上暗物質是否可能擁有豐富的內在世界呢?努力想了解暗物質的粒子物理學家認為,它或許能夠透過各種形式的力來作用,包括一種我們根本看不見的光。

1846年9月23日,德國的柏林天文台台長加勒(Johann Gottfried Galle)收到了一封改變天文學發展史的信件。那封信寄自法國天文學家勒威耶(Urbain Le Verrier),他花了兩年研究天王星運動,認為天王星的路徑無法用已知的重力效應來解釋,因此應該存在一個尚未觀測到的天體,其重力牽引擾動了天王星的軌道,才能精確解釋觀測到的異常結果。當天晚上,加勒將望遠鏡對著勒威耶指出的方向,竟發現了海王星。

今天,類似的情節正在現代宇宙學的舞台上演:天文學家觀測到異常的宇宙運動,推論應有新物質存在,並眺望蒼穹以追索其蹤影。我們看見恆星與星系以不尋常的方式運動,正如同天王星的角色;而就像海王星所扮演的角色,我們推論有迄今尚未觀測到的新物質存在,暫且稱之為暗物質與暗能量。我們可以從觀測到的異常型態得到它們的一些基本特性。暗物質似乎是一片由不可見粒子構成的汪洋,不平均地充斥於太空;暗能量則均勻散佈,好像被織進空間結構本體一樣。雖然科學家仍無法重複加勒的壯舉,以儀器指向太空,瞥見這些隱形演員的身影,但像在粒子偵測器內出現的光點這類誘人的端倪,則還在持續累積中。

因為作用於天王星的隱晦力量而被發現的海王星,如今已經被證實是一個迷人的世界。暗物質與暗能量是否也會如此呢?科學家越來越傾向認為暗物質並不僅僅是為了解釋可見物質的運動而設計出來的物質,它可能是宇宙不為人知的一面,擁有豐富的內在,或許是個名副其實的粒子動物園,以新穎的自然力交互作用,並且與我們的宇宙整個交織在一起。

以往認為暗物質與暗能量是宇宙裡最孤僻的物質,如今人們已不再堅持這樣的想法。1930年代天文學家首次推論有暗物質的存在,當時他們認為它是惰性的。天文觀測顯示它與一般物質的比例是6:1,星系與星系團都嵌在暗物質巨球中,稱為「暈」。天文學家推測如此大量的物質要避免被直接偵測到,它勢必是由鮮少與一般物質、甚至同類粒子作用的物質構成,而唯一的作用是為發光物質提供重力支柱。

天文學家認為暈形成於早期宇宙,吸引了可進行各種作用的一般物質,並且發展成複雜的結構,而遲鈍的暗物質則維持原始的狀態。至於暗能量的作用似乎僅止於加速宇宙的膨脹,現有的證據指出,在宇宙的整個歷史中,它始終保持不變。

對原子與次原子世界內在運作的詳細研究雖然不屬於天文學領域,卻使暗物質的前景更有趣了。粒子物理學家一向習慣從已知物質的行為中,尋找未知型態物質的蛛絲馬跡,而他們觀察到的證據向來和宇宙的運動完全無關。

從粒子物理看見暗物質

暗物質的想法起源於1900年代早期關於放射性β衰變的發現,當時義大利理論物理學家費米(Enrico Fermi)假設有新的自然作用力與傳遞該作用力的粒子,導致原子核衰變。這種新作用力類似電磁力,而新粒子類似光子,但本質上是不同的。光子因不具質量而可高速運動,但費米認為新粒子必須很重,它們的質量必須限制其作用範圍,以便解釋為何只有原子核會分裂,而其他東西則不受影響。要能複製出觀測到的放射性同位素之半衰期,它們的質量必須非常大——質子質量的100倍左右,如果以粒子物理的標準單位來計算,大約是1000億電子伏特。

我們現在將這種新作用力稱為弱核力,而傳遞新作用力的粒子是在1980年代發現的W與Z粒子。它們雖然不是暗物質,但其性質暗示了暗物質的特性。首先,它們不應如此之重,它們的大質量暗示有某種不為人知的粒子促使它們承擔質量,就像你身旁的朋友慫恿你再多吃一塊糕餅一樣。大型強子對撞機的目標之一就是尋找那些粒子,它們的質量應與W和Z粒子相當。的確,物理學家認為許多類型的粒子正等著被發現——在超對稱機制下,每一種已知的粒子都應有與之配對的粒子存在。

這些假設的粒子包括了某種統稱為「弱作用大質量粒子」(WIMP)的物質,這種粒子只和弱核力作用。因為不與主宰日常生活世界的電磁力作用,它們完全不可見,並且對一般粒子鮮少有直接的效應。所以,它們是暗物質的最佳候選者。

但它們是否真的能夠解釋暗物質,取決於它們的數量,這是這項粒子物理理論真正引人注目之處。就像其他種類的粒子一樣,WIMP也誕生於狂暴的大霹靂。當時的高能粒子碰撞既可產生、也能湮滅WIMP,使宇宙中一直維持有WIMP存在。WIMP的數量隨時間改變,取決於由宇宙膨脹所驅動的兩項效應。第一項是太初原湯的冷卻效應,降低了可供製造WIMP的能量,因而縮減了它們的數量。第二項效應是粒子稀釋,將碰撞並湮滅WIMP的頻率逐漸減低到不再發生為止,這大約發生於大霹靂後10奈秒,WIMP的數量就此凍結。宇宙不再有足夠的能量產生WIMP,物質的密度也不再足以湮滅它們。

有了WIMP的預期質量,以及支配它們湮滅頻率的作用強度之後,物理學家便能輕易計算出留存下來的WIMP數量。令人訝異的是,在預估質量與作用強度的誤差範圍內,此數目竟與解釋暗物質所需的數量吻合。這項驚人的一致性稱為「WIMP巧合」,由粒子物理的世紀謎團所誘發的粒子,漂亮地解釋了宇宙學的觀測。

同樣的線索也指出WIMP應該是不怎麼活躍的遲鈍粒子。概估一下,從你開始閱讀本文到現在,已有將近10億顆這種粒子通過你的身體了,而除非你真是鴻運當頭,否則根本不會發生任何可察覺的效應,每年可能只有一顆WIMP會與你身體細胞內的原子碰撞而積存入極少的能量。為了偵測這類事件,物理學家以粒子偵測器長期監測體積龐大的液體等物質,天文學家也在星系內搜尋突發的大量輻射釋放事件,因為這可能代表WIMP環繞時罕見的碰撞與湮滅。第三種找尋WIMP的方式,則是設法在實驗室裡合成它們。
« 最後編輯時間: 2017-11-13 16:13:15 由 peter » 已記錄

觀星之樂~貴在分享
peter
正式會員
星系團
******
文章: 27040



« 回覆文章 #1 於: 2017-11-13 16:12:32 »

http://www.sohu.com/a/203978234_616739

暗物質粒子被發現了?目前科學界尚無定論

暗物質探測的三種方法分別是加速器、直接探測和間接探測。間接探測指的是,在空間中通過探測暗物質粒子衰變或湮滅產生的穩定粒子
來尋找和研究暗物質粒子。我們周圍到處都有暗物質,因此也能做直接探測。而地下實驗室是開展粒子物理學、
天體物理學及宇宙學等領域一些重大基礎性前沿課題的重要研究場所,在四川錦屏山下,清華大學和上海交通大學等
研究機構的學者和工程師們正在努力探索暗物質的秘密。

而對撞機探測則是,讓已知的粒子對撞,如果真撞出來和暗物質的模型所預言的一樣的信號,那就認為是探測到暗物質了。
不過對撞機現在主要的任務還是尋找超對稱粒子。

....


此次暗物質粒子的研究對象是類軸子粒子。所謂的軸子(axion),是物理學家們構建的又一個暗物質理論模型,
即一種超出標準模型的基本粒子。當然,它和上文提到的WIMP模型一樣,屬于冷暗物質。

軸子是為了解決量子色動力學(QCD)中的強CP問題而提出的。量子色動力學是研究強相互作用,即原子核內核子
——質子和中子的結合的相互作用的一種理論。我們都知道,質子、電子等粒子帶有電荷,
但是你知道夸克、膠子等粒子帶有色荷嗎?
當然這并非是真正的顏色,而是一種方便的叫法,
就好比公孫龍名字叫龍,但他并不是真正的龍。
而色荷之所以這樣命名,據說是科學家們在吃冰淇淋球的時候想出的。

而強CP問題,或者說CP破壞,指的是電荷宇稱不守恒問題。軸子便是為了解決這個問題而提出的。但是目前對軸子的研究尚無定論,軸子甚至曾一度被科學家們判死刑。

而這個相關報告的研究者們分析了大量伽馬射線源,得到了很優美的擬合圖形。然而優美歸優美,科學最后還是要靠事實說話。暗物質之謎究竟何日揭曉?革命尚未成功,同志仍需努力啊。

===

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%BB%B8%E5%AD%90
軸子(axion)是一種假想的亞原子粒子,大約是1970年代為了解決CP守恆問題所提出的一個假想粒子,1977年的皮塞-奎恩理論(Peccei–Quinn theory)首先提到這個概念。目前義大利國立核子物理研究所(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare)的PVLAS探測器正在不停努力的尋找它。

....

軸子曾被認為是暗物質的組成部分之一,但近年來一些學者卻將軸子從暗物質粒子的候選者中排除了

WIMP  暗物质最有希望的候选者
已記錄

請連署支持翠峰天文科技觀星園區

http://campaign.tw-npo.org/campaign//sign.php?id=2009113019034900
  【優惠訊息】【鴻宇】德國APM Doublet SD APO 140 好評發售中上宸年終慶特價活動開跑了~!AstroDesign工房清出二手物品清單
頁: [1]
  列印  
 
前往:  

重要聲明:本論壇是以即時上載留言的方式運作,論壇對所有留言的真實性、完整性及立場等,不負任何法律責任。而一切留言之言論只代表留言者個人意見,並非本會之立場,用戶不應信賴內容,並應自行判斷內容之真實性。於有關情形下,用戶應尋求專業意見。由於本論壇受到「即時上載留言」運作方式所規限,故不能完全監察所有留言,若讀者發現有留言出現問題,請聯絡我們。觀星論壇有權刪除任何留言及拒絕任何人士上載留言,同時亦有不刪除留言的權利。切勿撰寫粗言穢語、誹謗、渲染色情暴力或人身攻擊的言論,敬請自律。本網站保留一切法律權利。
Powered by MySQL Powered by PHP Powered by SMF 1.1.17 | SMF © 2011, Simple Machines Valid XHTML 1.0! Valid CSS!
spacer.png, 0 kB