暗物質是科學家提出的一種理論性存在,它的出現其實和宇宙膨脹息息相關。我們知道宇宙一直在膨脹,而且膨脹速度還在不斷加快,但是科學家觀測星系時發現,靠外圍的天體繞星系中心旋轉的運動速度應當比靠中心的天體更慢。然而對大量漩渦星系旋轉曲線的測量表明,外圍天體的執行速度與內部天體近乎相同,遠高於預期。這暗示著這些星系中存在著品質巨大的不可見的物質。於是科學家提出了暗物質來解釋這一現象。而且研究表明隨著宇宙的膨脹,暗物質也不斷變大變多。那麼暗物質是否真的是個未知數?還是暗物質是否已經被發現?科學家是否隱瞞了真相?
簡單來講,我們是否已經發現了暗物質?根據早前發表在《物理學g雜誌》上的一篇新論文提出的問題。論文作者概述了暗物質可能是如何由一種被稱為d*(2380)六夸克的粒子構成的,這種粒子很可能是在2014年被探測到的。難道說暗物質在2014年就已經被發現了?
根據科學家的解釋,暗物質會產生萬有引力,但不會發光,沒有人碰過或見過它。我們不知道它是由什麼組成的,即便是經過了無數次的搜尋,結果仍然是未知數。但絕大多數物理學家相信它的存在。證據前面所說,星系內的速度彷彿被束縛著,以相同速度運動。
暗物質是由我們已知的物質構成?其實大多數被廣泛研究的關於暗物質的理論都涉及到從標準物理模型之外的各種從未見過的粒子,標準模型是描述亞原子粒子的主流理論。這些粒子大多屬於兩類:輕量的軸子和重品質弱相互作用大品質粒子,或弱相互作用大品質粒子。還有其他更奇特的理論,包括尚未發現的中微子種類,或微觀黑洞的理論類別。但是很少有人提出暗物質是由我們已知存在的物質構成的。
英國約克大學的物理學家米哈伊爾·巴什卡諾夫和丹尼爾·沃茨打破了這一模式,他們認為d*(2380)六夸克,或稱“d-star”,可以解釋所有缺失的物質。夸克是標準模型中的基本物理粒子。其中三個結合在一起(使用稱為膠子的粒子)可以產生質子或中子,這是原子的基本單位。而且以其他方式排列它們,你會得到不同的,更奇特的粒子。d-star是一種帶正電荷的六夸克粒子,研究人員認為,2014年在德國Julich研究中心進行的一項實驗中,d-star只存在了零點一秒。因為它存在的時間是如此短暫,所以d-star探測還沒有被完全證實。
單個的d-star無法解釋暗物質,因為它們在衰變之前持續的時間不夠長。然而,科學家表示,在宇宙的早期歷史中,這些粒子可能以某種方式聚集在一起,從而防止它們衰變。這種情況可以發生在中子上。比如說從原子核中取出一箇中子,它會很快衰變,但如果把它和原子核內的其他中子和質子混合在一起,它就會變得穩定。同理,六夸克的行為方式完全相同。
玻色-愛因斯坦凝聚巴什卡諾夫和瓦茨提出理論,認為d-星群可以形成被稱為玻色-愛因斯坦凝聚體(BECs)的物質。玻色–愛因斯坦凝聚(Bose–Einstein condensate)是玻色子原子在冷卻到接近絕對零度所呈現出的一種氣態的、超流性的物質狀態(物態)。在量子實驗中,當溫度降至極低,原子開始重疊並混合在一起時,就形成了BECs,有點像原子內部的質子和中子。它是物質的一種狀態,不同於固體物質。在這種狀態下,幾乎全部原子都聚集到能量最低的量子態,形成一個巨集觀的量子狀態。
在宇宙早期,這些BECs會捕獲自由電子,形成中性帶電物質。然而,帶有中性電荷的d-star BEC的行為很像暗物質,它們無形態地穿過發光物質,而這種碰撞行為卻不會太明顯,卻會對周圍的宇宙施加明顯的引力。就像當你坐在椅子上的時候,你不會從椅子上摔下來的原因是椅子上的電子會推動你背部的電子,形成一個負電荷的屏障,拒絕你的身體穿過椅子背面路徑。同理,在適當的條件下,由帶有捕獲電子的六夸克組成的BECs將不會有這樣的屏障,它可以像完全中性的幽靈一樣穿過其他物質。
結論科學家推測這些BECs可能在大爆炸後不久就形成了,因為空間從沒有明顯原子粒子的熱夸克-膠子等離子體的海洋過渡到有質子、中子和它們的表親粒子的現代時代。當這些基本的原子粒子形成時,六夸克BECs從夸克膠子等離子體中沉澱的條件已經趨向了完美。
在這個過渡時期,夸克可以凍結成普通的粒子,比如質子和中子,也可以凍結成現在可能構成暗物質的六夸克BECs。如果這些六夸克BECs存在,我們或許能夠探測到它們。當然,儘管BECs可以存在相當久的時間,但它們在地球周圍偶爾也會衰變。這種衰變在專門用來觀測宇宙射線的探測器中會以一種特殊的方式表現出來,就好像它同時來自各個方向,就好像這個源充滿了整個空間。而科學家們就可以通過這種現象觀測到來自四面八方的神祕存在,而它可能就是“準暗物質”!