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　　這項(xiàng)新研究發(fā)表于10月9日的《物理評(píng)論快報(bào)》。新研究或可確切地解釋，暗物質(zhì)從早期宇宙熱湯中凝結(jié)出來(lái)的方式。自從1933年天文學(xué)家弗里茨·茲威基首次提出暗物質(zhì)的存在以來(lái)，大量的觀測(cè)證據(jù)表明，黑暗中躲藏著一些東西，不僅肉眼看不見，甚至最先進(jìn)的科學(xué)儀器也看不到。我們只能從暗物質(zhì)施加于天文學(xué)家所能觀測(cè)到的恒星和星系上的引力牽引，來(lái)尋得暗物質(zhì)的蛛絲馬跡。這種引力的量級(jí)可以讓科學(xué)家估算出宇宙中暗物質(zhì)的百分比；當(dāng)前估算顯示，暗物質(zhì)占到了宇宙質(zhì)量的80%。

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　　研究的共同作者、休斯頓萊斯大學(xué)物理學(xué)助理教授安德魯·朗說(shuō)：“盡管我們知道宇宙中包含多少暗物質(zhì)，但數(shù)十年來(lái)，我們一直不太清楚暗物質(zhì)的性質(zhì)和來(lái)源。暗物質(zhì)是基本粒子的集合嗎？如果是的話，這些粒子又具有怎樣的性質(zhì)？比如它們的質(zhì)量和自旋？這些粒子會(huì)施加什么力，以及它們之間存在怎樣的相互作用？暗物質(zhì)是什么時(shí)候形成的，在它們的形成過(guò)程中，相互作用又起到了怎樣的重要作用？”

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　　澳大利亞墨爾本大學(xué)的物理學(xué)家邁克爾·貝克、德國(guó)美因茨大學(xué)的物理學(xué)家約阿希姆·柯普，以及朗，希望回答這最后一個(gè)問題——暗物質(zhì)是什么時(shí)候以及如何形成的。朗說(shuō)，他們研究了宇宙形成的最早時(shí)期，也就是大爆炸開始后不到一毫微秒的那一瞬間，即粒子形成與湮滅的“狂野西部”時(shí)間。在此期間，粒子剛一形成就互相碰撞、湮滅。彼時(shí)，宇宙是極高能量的基本粒子構(gòu)成的熱湯，類似于今天的物理學(xué)家在大型粒子加速器中制造的夸克膠子電漿。這種原始湯異常炙熱稠密，而且無(wú)比混亂，更為有序的亞原子粒子如質(zhì)子和中子根本無(wú)法形成。

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　　但是這一宇宙的“狂野西部”時(shí)代并沒有持續(xù)太久。宇宙開始膨脹后，等離子體逐漸冷卻，新粒子的產(chǎn)生戛然而止。與此同時(shí)，粒子間彼此分開，碰撞速度驟然下降，直至粒子數(shù)量保持不變?？茖W(xué)家將留存下來(lái)的粒子成為“熱殘存粒子”。這些熱殘存粒子隨后變成了如今我們所知所愛的物質(zhì)，如原子、恒星，甚至我們?nèi)祟愖约??！俺私裉煲阎乃谢玖Ｗ又?，我們有理由去想象，宇宙早期還存在一些其他的粒子，比如暗物質(zhì)，”朗說(shuō)。

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　　科學(xué)家們相信，這些假設(shè)的粒子可能也以熱殘存粒子的形式存在于今日。在這項(xiàng)新的研究中，研究團(tuán)隊(duì)假設(shè)，在大爆炸之后的瞬間，等離子體經(jīng)歷了一次相變，該相變類似于物質(zhì)從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種狀態(tài)時(shí)所發(fā)生的情況，例如沸騰的水壺中形成的水汽泡，或者蒸汽冷卻后形成水滴等。

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　　在這種情況下，冷卻的等離子體氣泡在早期宇宙熱湯中突然形成。這些氣泡膨脹又合并，直至整個(gè)宇宙進(jìn)入下一個(gè)新階段。

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　　“當(dāng)這些氣泡在整個(gè)宇宙中膨脹時(shí)，它們就像過(guò)濾器一樣，將暗物質(zhì)從等離子體中篩選出來(lái)，”朗說(shuō)，“通過(guò)這種方式，我們當(dāng)今在宇宙中測(cè)量到的暗物質(zhì)數(shù)量就是大爆炸后一瞬間，該過(guò)濾過(guò)程的直接結(jié)果?！?/p>

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　　這些氣泡壁會(huì)成為屏障。只有大質(zhì)量的暗物質(zhì)粒子才具有足夠多的能量，可以穿越氣泡的屏障進(jìn)入到膨脹的氣泡內(nèi)部，從而躲過(guò)“狂野西部”。而其他較輕的粒子則在這期間湮滅。這可以過(guò)濾掉低質(zhì)量的暗物質(zhì)粒子，并解釋當(dāng)今觀察到的大量暗物質(zhì)。

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　　暗物質(zhì)最有希望的候選者之一是大質(zhì)量弱相互作用粒子（WIMPs）。這些假設(shè)的粒子質(zhì)量可以達(dá)到質(zhì)子的10倍至100倍，但它們僅通過(guò)兩種基礎(chǔ)自然力量——引力和弱核力——與物質(zhì)產(chǎn)生相互作用。它們像幽靈一般穿過(guò)宇宙，這也可以解釋天文學(xué)家們（如茲威基）在近一個(gè)世紀(jì)前首次注意到的暗物質(zhì)緣何神秘消失。

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　　為尋找WIMPs，物理學(xué)家們?cè)诘氐紫陆ㄔ炝司薮蟮南冗M(jìn)探測(cè)器。但是，盡管這數(shù)十年來(lái)人們一直在尋找這些神秘的粒子，我們?nèi)砸粺o(wú)所獲。這使得近年來(lái)，科學(xué)家開始尋找比WIMPs更輕或更重的其他暗物質(zhì)粒子候選者。

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　　“我們的研究創(chuàng)意中一個(gè)比較令人期待的地方是，它適用于比其他大多數(shù)候選者（比如著名的WIMPs）都來(lái)得重的暗物質(zhì)粒子。過(guò)去，大多數(shù)研究都集中在尋找WIMPs上，”研究的共同作者柯普說(shuō)，“因此，我們的研究可以促使暗物質(zhì)的搜尋范圍向更重的粒子領(lǐng)域拓展?！?/p>

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　　這項(xiàng)研究還可以為其他未來(lái)項(xiàng)目提供尋找暗物質(zhì)的機(jī)會(huì)，比如激光干涉儀空間天線（LISA）。LISA是一系列跨越數(shù)百英里的太空探測(cè)器，旨在探索宇宙中的引力波漣漪。

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　　如果朗和他的同事設(shè)想的宇宙氣泡確實(shí)存在于宇宙早期，它們可能會(huì)通過(guò)引力波留下可檢測(cè)到的痕跡。兩個(gè)氣泡壁碰撞產(chǎn)生的一部分能量，或許會(huì)形成日后實(shí)驗(yàn)中可以檢測(cè)到的引力波。

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　　該研究團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃擴(kuò)大他們的研究范圍，以更多地了解暗物質(zhì)與氣泡壁相互作用時(shí)會(huì)發(fā)生什么，以及氣泡什么時(shí)候發(fā)生碰撞?！拔覀冎腊滴镔|(zhì)就在那里，但除此之外一無(wú)所知，”貝克說(shuō)，“如果這是一種新粒子，那么我們也許會(huì)有很大機(jī)會(huì)，可以在實(shí)驗(yàn)室中檢測(cè)到它。然后，我們可以確定它的性質(zhì)，比如質(zhì)量和相互作用，并進(jìn)一步了解宇宙?！?br>
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