假设作用力来自于弱粒子或非相互作用粒子的暗物质假说是可证伪的吗?

时间:2020-07-14 09:13:14   作者:
这个问题中有很多术语合并了。

暗物质被发现。已经被9种不同的方法检测到。宇宙中有一种新的物质成分我们还没有发现。没有其他方法可以解释我们观测暗物质引力效应的所有不同方法。我们问的问题如下。暗物质的特性是什么?它的非引力相互作用是什么?它的质量和自旋是多少?

有一类模型被称为弱相互作用大质量粒子,这是一个特别吸引人的模型,原因如下。首先,他们解释了所有与暗物质有关的现象。第二,“弱”中的“弱”是指弱核力。这意味着这些粒子在标准模型下是带电的,并通过W、Z和希格斯玻色子相互作用。唯一的新粒子是暗物质粒子,不需要额外的新的相互作用,除了我们已经知道很久的那些。第三,有一个通过大爆炸宇宙学创造宇宙暗物质的美丽机制,它可以粗略预测暗物质的质量在10 GeV到3000 GeV之间。我们可以排除这类模型。通过直接和间接的搜索,我们已经排除了许多种类的粒子。我们还需要10年左右的时间来真正地测试它们,但它会到来的。

假设作用力来自于弱粒子或非相互作用粒子的暗物质假说是可证伪的吗?

纵轴是暗物质对我们的强度,横轴是暗物质的质量。上面和下面的红色带之间是这类模型存在的地方。右边是有数学意义的理论,其他的带是不同的实验约束。紫色的是普朗克卫星测量宇宙微波背景辐射的结果,蓝色的WMAP是另一颗CMB卫星,绿色的是寻找伽马射线的卫星,黑色的是直接探测实验。虚线是对后续实验灵敏度的投影。你所看到的是,现有的测量已经限制了这个理论,而即将到来的实验将几乎能够证实或排除这个模型。关键是特定的机制和模型绝对是可测试的。接下来的问题就变成了发现所有这些机制并确保所有机制都被涵盖。

我们知道一些暗物质很难排除的机制。有许多机制和具体的模型,可以简单地写下来。最终的问题是,在这一点上,暗物质的非引力相互作用可能是任意弱的。这并不意味着它不科学,它只是意味着我们可能永远不知道暗物质的非引力相互作用的细节。这是不幸的,但也是可能的。
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