暗物質是什麼？科學家最熱衷的五種候選者！

當我們把望遠鏡指向太空的時候，能夠看到燦爛的星空。天文學家在觀察星空的變化的時候，卻看到了不一樣的東西。他們從星系的旋轉裡面發現星系需要更多的質量才能保證其不會分崩離析，宇宙大尺度結構的形成也需要額外的物質才能促成。所有這些證據表明宇宙裡面存在某種特別的物質，它們不發光，也不吸收光，就像一種透明的霧霾一樣分布在我們所處的宇宙裡面，這就是暗物質。

然而暗物質到底是什麼卻讓物理學家頭痛。粒子物理的標準模型裡面不存在這麼一種粒子符合暗物質的特徵，如果暗物質真是粒子的話，就只能從超出標準模型的物理理論裡面去尋找，當然，這些理論都是沒有經過驗證的，只有實驗才能對這些理論是否正確給出限制。

目前物理學家關於暗物質的本質有種種假說，每一種都有其自己的合理性。其中某些假說又特別受到關注，具體來說，目前有五種熱門的暗物質候選者。

第一種是WIMP，即弱相互作用重粒子。這是最熱門的候選者。如果它確實存在的話，地球上每平方厘米每秒就會有十萬個WIMP穿過。正因為如此，一些實驗被設計為在地球上探測這些假想的粒子。在中國四川位於地下2400米深的錦屏實驗室中，清華大學領導的CDEX實驗和上海交通大學領導的PandaX實驗就在探測這種神秘的粒子。

第二種是軸子，這是一種非常非常輕，但是運動也非常慢的粒子。它們本來是為了解釋強相互作用中的電荷宇稱守恆問題而提出的，但是如果它們的質量在某個區間內的話，就是非常好的暗物質候選者。它們和普通物質有微弱的相互作用，併產生光子。如果探測到這種奇異的閃光的話，有可能證實其存在。和WIMP一樣，軸子是可能在地球上進行探測的。

第三種叫做MACHO，直接翻譯過來是大質量天體物理緻密暈天體。它們實際上是最早被提出的暗物質候選者，其成員包括中子星，白矮星和棕矮星，這些天體都是由已知的普通物質組成的。那麼我們為什麼看不見它們呢？那可能是由於它們幾乎不發光。觀測到他們的方式是通過其產生的引力透鏡效應來間接識別。不過現在科學家認為宇宙裡面的MACHO不足以構成全部的暗物質。

第四種簡稱KK粒子（Kaluza-Klein），是由同名的物理理論所預言一種粒子。這種理論認為空間有額外的維度並且在每個時空點捲曲了起來。KK粒子的質量大約是550到650個質子那麼重，它們能夠和普通物質發生引力和電磁相互作用，但是由於它們藏在捲曲的額外空間維度裡面，所以我們在太空中看不到它。所幸的是，它能夠衰變成我們能夠觀測到的粒子。但是現在的大型對撞機實驗還沒有找到這方面的跡象。

第五種是超引力子，這是廣義相對論和尚未被實驗驗證的超對稱理論所結合的一種產物。根據超對稱理論，所有的已知粒子都有其超對稱的對應粒子，其自旋相差1/2。超引力子是假設中的"引力子"的超對稱夥伴。在某些超對稱理論當中，超引力子是最輕的超對稱粒子，可能是暗物質的候選者。