来自太阳的“幽灵”粒子可能会把我们直接引向一个看不见的暗物质宝库

难以捉摸的暗物质粒子可能潜伏在太阳的深处,研究人员发现,我们可以使用埋在南极冰盖中的探测器来找到它们。

暗物质是几十年宇宙学观测中不可避免的结论。从星系内恒星的旋转速度到宇宙中最大结构的增长,一切都指向某种粒子的存在,这种粒子目前尚不为物理学所知,尽管在整个宇宙中施加强大的引力影响,但它很少与光或正常物质相互作用。

发表于8月23日,但尚未经过同行评审。太阳的核心密度极高,比铁的密度高20倍以上。自从大约45亿年前诞生以来,太阳就一直围绕银河系的中心运行。在这数十亿年的时间里,我们的恒星一直在暗物质粒子的无形海洋中游动,暗物质粒子被认为构成了我们银河系的主体。

即使暗物质和正常物质之间的相互作用非常罕见,太阳核心的密度——加上它极其古老的年龄——意味着它有足够的时间让它的一个粒子与暗物质相互作用。这些相互作用会消耗暗物质粒子的能量,减慢它们的速度,直到它们沉降到太阳核心深处。

这些暗物质粒子可以在那里呆上一秒钟或十亿年,直到它们在稠密的环境中与另一个正常物质粒子相互作用。当这种情况发生时,如果暗物质粒子足够重,它就会衰变成一簇其他更熟悉的粒子。这些粒子中的大多数将被困在核心中,在炽热环境中永无止境的疯狂中蹦蹦跳跳。但是有一种粒子,中微子,能够逃离太阳。

中微子几乎就像暗物质。它们非常轻(迄今为止已知最轻的粒子),不带任何电荷,几乎不与任何其他物质相互作用。为了探测中微子,科学家们必须建造巨大的实验室。这些探测器中最大的是冰立方,它使用南极冰盖的一整立方公里(0.24立方英里)作为测试室。当中微子撞击水分子时,它们会产生粒子和光的阵雨,沉入冰中的绳子可以探测到。

由于聚变反应,太阳自然会产生中微子。但在这篇新论文中,研究人员推断,如果暗物质在太阳核心内部积聚,并且这些暗物质粒子蒸发成包括中微子在内的正常粒子,那么我们应该期望在冰立方探测阵列中看到更多来自太阳的高能中微子。

然而,目前来自太阳的中微子探测率与正常的聚变反应是一致的,这意味着如果暗物质确实存在,并且目前正在太阳内部积聚,那么这些暗物质粒子在湮灭成正常物质方面效率极低。由于缺乏探测手段,暗物质粒子的性质受到了很大的限制。

值得注意的是,这些是对高质量暗物质理论的最大限制,研究人员指出,所有的数据都只是放在那里,为了其他目的而收集。他们说,我们不应该开发新的、昂贵的实验来寻找暗物质,而应该设计出更聪明的方法来利用现有的实验,因为我们永远不知道会有什么惊喜出现。

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