新理论表明暗物质是超光速粒子的冻结遗迹

在持续探索宇宙引力过剩背后奥秘的征程中，美国达特茅斯学院的两位研究人员提出，在宇宙大爆炸后不久，无质量粒子之间发生了一种惊人的结合。

近一个世纪以来，令人沮丧的是，对宇宙可见质量的估计一直无法解释星系的旋转方式，这表明存在我们看不见的缓慢移动的物质团块。这种物质被称为“暗物质”。

即便研究人员不断缩小描述这一物理学冷寂领域特性的范围，暗物质的身份和起源仍然难以捉摸。

物理学家梁冠明（音译）和罗伯特·考德威尔设想，新生的宇宙中充满了高速飞驰的无质量粒子，这种物质与光的共性比与冷暗物质块更多。

随着时间推移，高能物质迷雾中的粒子相互碰撞并冷却，赋予它们所需的质量，以解释宇宙中看不见的引力来源。

“这与人们对暗物质的认知完全相反，暗物质被认为是赋予星系质量的冷块状物质，”考德威尔说。“我们的理论试图解释它如何从类似光的形态变成块状。”

大约137亿年前，整个宇宙被压缩在一个比牙缝还小的空间里，一场量子盛宴正在上演。各种粒子四处飞驰，因空间狭小而相互碰撞摩擦。

根据核子合成的南部阳一郎 – 约纳 – 拉西尼奥模型，一类名为狄拉克费米子的特殊粒子，能以与电子在超导体中形成库珀对非常相似的方式结合。

尽管这一活动背后的物理原理很复杂（即使对量子力学而言），但它对宇宙从暴胀到后期膨胀的发展有着重要意义。然而，所有这些都基于该空间温度保持相当平衡的假设。

梁和考德威尔想知道，如果考虑这一过程的其他热学性质会怎样。如果一些假设的高能狄拉克费米子之间结合的不平衡，导致它们将极高能量转化为质量，从而实际上冻结起来，会发生什么呢？

其结果就像将雷暴云变成冰雹风暴。

“我们数学模型中最意想不到的部分，是连接高密度能量和块状低能量的能量骤降，”梁说。

电子间存在库珀对这一事实意味着，无需奇异活动来解释这些缓慢的暗物质粒子的出现。此外，这一假设可以解释早期宇宙中大量能量的去向。

“结构因冷暗物质的密度而获得质量，但也必须有一种机制，使能量密度降至接近我们如今所见的水平，”梁说。“我们理论的数学模型非常美妙，因为它相当简单，无需给系统添加很多复杂内容就能起作用。”

简单是一回事，证明则是另一回事。与众多关于暗物质身份的提议不同，这一理论实际上可以用我们现有的数据进行检验。

从热的、高压的单个粒子转变为冷的、缓慢结合的粒子，会在宇宙微波背景中留下印记。宇宙微波背景是自宇宙早期就一直在宇宙中传播的扭曲辐射背景辉光。

在宇宙微波背景中发现的某些迹象，将成为支持这些费米子至少是暗物质来源之一的依据。

“这很令人兴奋，”考德威尔说。“我们提出了一种思考并可能识别暗物质的新方法。”