現在理論上預測的暗物質粒子有多少種？它們各自的性質和探測它們的方式會有什麼不同？

想把這個問題引過來 暗物質的基本結構是什麼？組成暗物質的粒子也遵循四大基本力嗎？

有多少種暫且賣個關子，今天給大家準備了一場免費live，會聊到這個問題。下午2點鐘解讀「悟空」暗物質粒子新發現，歡迎來。

這裡我想講講熱門候選「具有弱相互作用的大質量粒子」是怎麼來的。

人們一直都想找到暗物質。

但是要怎麼找呢？顯然不能像無頭蒼蠅一樣到處亂撞，那樣成功的概率最低。我們可以要從天文觀測中去尋找線索。

刑偵人員破案的時候，往往會根據現有線索為罪犯進行「畫像」。

同樣的，根據天文觀測結果，人們獲得了兩個關於暗物質的重要線索，為暗物質進行了「畫像」。

其一跟宇宙的大尺度結構相關。

大尺度結構的演化模式跟暗物質的速度這一屬性相關，如果暗物質運動很快（快到接近光速），那麼它們形成的結構應該是早期大、今天小（碎裂模式）；反之則是早期小、今天大（增長）。

觀測結果告訴我們，宇宙結構是由小到大增長的，說明暗物質的速度應該比較小，稱作「冷」暗物質。這一般意味著暗物質會比較重，才不容易獲得大的速度。

其二跟暗物質的丰度有關。丰度就是暗物質在宇宙中的佔比。

我們知道宇宙始於大爆炸，從高溫高密的狀態逐漸膨脹冷卻至今天的狀態。

在早期宇宙的高溫高密條件下，發生著豐富的物理過程，其中之一就是粒子和反粒子的湮滅以及產生。這樣的過程頻繁地發生著，直到宇宙膨脹冷卻至某個特定時刻，粒子和反粒子由於碰撞率變低而碰不到一塊兒，這個過程停止，剩下的粒子和反粒子也將遺留下來。

湮滅和產生過程何時停止呢？這個時刻取決於湮滅概率（術語叫截面），即粒子之間的相互作用強度。而這個停止時刻又將決定剩下的粒子多少。

假設暗物質粒子及其反粒子在早期宇宙中經歷了類似這樣的過程，那麼根據今天剩餘的暗物質丰度，我們可以反推得到暗物質的湮滅概率，恰好在弱相互作用的水平。

這也可以解釋為什麼我們不能直接看到暗物質：因為它們的相互作用本來就很弱！

根據這些結果，我們便可以勾勒出暗物質極有可能的模樣：一種具有弱相互作用的大質量粒子。

作者：袁強（中國科學院紫金山天文台）

出品：科學大院

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