任霄鹏

 

暗物质和暗能量是理论和天体物理学家的研究前沿和热点。一个国际物理学家小组通过最新研究发现，真空空间在强磁场下具有晶体般的特性。研究人员藉此提出了一种新的暗物质候选粒子——伪标量子（pseudoscalars），并且认为这种粒子存在于宇宙早期和恒星内部。相关论文发表在《物理评论D》（Physical Review D）上。

 

暗物质的本质之所以很难确定，是因为在一般人看来，它与黑暗的真空空间并无二异。不过，暗物质具有显著的引力效应。理论物理学家已经认为，暗物质是宇宙的重要组成部分，它们的总质量是普通的可见物质的6倍，占宇宙整个能量密度的1/4，同时，暗物质和暗能量一道，主宰着宇宙结构的形成。

 

最新的研究名为PVLAS，它在意大利Legnaro国家实验室进行。在实验中，研究人员对真空室施加磁体产生的强大磁场，而后引导一束光线穿过整个装置。通过观测发现，穿出真空室的光子具有自旋特性，这与通过晶体产生的偏振光线十分相似。

 

论文通讯作者、印度理工学院（Indian Institute of Technology）的Pankaj Jain表示，“我们认为，强磁场会导致光线与某种特定粒子发生混合，而这种粒子就是伪标量子。从本质上说，部分光子会先转变成伪标量子，然后在很短的时间尺度内又转变回来。这些伪标量子与光线的耦合作用非常微弱，因此它们可能是暗物质的一种新的候选粒子。”

 

不过，这一结果似乎无法很好地满足天体物理学上关于光与伪标量耦合的阈值范围限制，因为从理论上而言，这种耦合作用的阈值应该比实验中所观测到的要小得多。Jain和同事对此表示，如果各种伪标量子之间也能够发生足够强的相互作用，那么阈值限定可能就不适用了。

 

研究人员在实验结果的基础上提出，如果伪标量子确实存在，那么它们很可能是在宇宙早期形成，再在整个宇宙之中散布开来。他们认为，在现今的宇宙中，当灰尘团塌缩成为恒星时，伪标量子会被万有引力吸入恒星内部。

 

更进一步地，研究人员表示，这些恒星内核还能自己产生高能伪标量子。万有引力吸入伪标量子等物质与恒星内部新形成的光子和伪标量子试图逃逸的作用相互平衡，这就是一些伪标量子被束缚在恒星内部的原因。比如，太阳中的伪标量子只能够传播大约1厘米的距离，就会与其他伪标量子发生作用，从而无法到达太阳表面。（科学网 任霄鹏/编译）