科学家们已经用哈勃望远镜和即将到来的詹姆斯·韦伯太空望远镜等仪器观测了许多遥远的物体,但我们所看到的一切都代表了那些恒星、星云和星系,它们只是深不可测的冰山的一角。只有大约15%的宇宙是由我们能看到的物质组成的,其余的是神秘的暗物质和能量。科学家们仍然不知道暗物质是什么,但加州大学戴维斯分校的两名理论物理学家提出了一种新的假设和测试方法。
研究人员John Terning和Christopher Verhaaren在最近的普朗克2019年会议上展示了他们的工作,论文的预印本可以下载。他们开始这项工作是为了找到一种替代暗物质的WIMP假说。多年来,科学家们一直怀疑暗物质最终会变成弱相互作用大质量粒子(WIMP)。然而,实验未能证明这一点,因此,科学家们重新开始,试图解释是什么粒子或哪些粒子构成了被认为是暗物质的宇宙的四分之一。
根据Terning和Verhaaren的说法,答案可能是一种包含多种理论粒子的“暗磁性”。在宏观应用中,磁体总是有两极,但量子理论预测磁单极子也存在。这些粒子只有磁铁的一个“端”,Terning和Verhaaren认为暗磁单极子可能存在,并与暗照片和暗电子相互作用。
一种由超级计算机制造和显示的暗物质分布的模拟。
他们提出了一种利用电子束探测暗单极子的潜在方法。电子在磁单极子附近作圆周运动时,波函数会发生变化(在量子理论中,电子既是粒子又是波)。当电子在单极子的不同侧面时,相位差应该会产生一种叫做阿哈罗诺夫-玻姆效应的干涉图样。Terning和Verhaaren说,通过电子相位的改变来推断暗磁单极子的存在是可能的。
暗物质很可能一直围绕在我们周围,但我们可能需要更长的时间才能探测到它。预期的相移非常小,而且检测相移的技术还不存在。不过,研究人员相信我们会实现这一目标。特宁以LIGO重力波实验为例,说明技术正在赶上理论。