幽灵粒子与暗物质的相互作用可能解开一个巨大的宇宙谜团

由波兰国家核研究中心领导的一项关于早期宇宙的新研究刚刚发现，宇宙中两个最难以捉摸的组成部分之间可能存在相互作用。

通过结合不同类型的观测，宇宙学家证明了我们所看到的现象更容易解释，如果中微子，又称“幽灵粒子”，与 微弱相互作用暗物质.

在令人困惑的三西格玛确定性下，这个信号既不够强，无法确定，也太强烈，不能只是数据中的一个线索或噪声。

这一发现可能为标准宇宙学模型的小型扩展打开了大门，放宽了暗物质完全无碰撞的假设，允许中微子与暗物质之间存在微弱散射。

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中微子和暗物质是宇宙中两个与几乎不相互作用的组成部分。

中微子是宇宙中最丰富的粒子之一。它们在高能量条件下大量形成，比如超新星爆炸和恒星核心发生的原子聚变——所以它们几乎无处不在。

然而，它们没有电荷，质量极小，几乎不与遇到的其他粒子相互作用。数千亿中微子正在你体内流动。偶尔，一个中微子与另一个粒子碰撞，产生我们所需的衰变粒子和光子雨特殊的地下探测设备.

而暗物质似乎除了引力作用外，几乎不与普通物质相互作用。其存在的有力证据来自引力效应，如星系自转速率和时空扭曲这无法用普通物质来解释。这些效应大致表明85%宇宙中的物质是由我们看不见的“暗”物质组成的。

这两种极其回避的事物相互作用的观点并不新鲜，早在2000年代初就有论文推测它们可能以我们未曾发现的方式交往。

近年来，科学家们发表了多篇论文试探性地暗示着那中微子-暗物质相互作用存在。这篇由物理学家祖磊领导，他曾在波兰国家核研究中心开展这项工作，现任日本国立天文台，旨在将这一思想扩展到理论之外，希望解决其中之一宇宙学最大的问题.

当我们观察早期宇宙的快照时，这个问题就会出现，这些快照由宇宙微波背景（CMB）和重子声振（BAO），并将其与近期宇宙进行比较。

宇宙微波微波是宇宙中自由流淌的第一道光的遗迹大爆炸后38万年;BAO是大型结构，遗留在一种传播的声波在早期宇宙中，当他们旅行的媒介变得过于分散，无法支撑他们时，时间被冻结了。

如果我们根据标准模型从宇宙学角度看，我们最终得到一个看起来明显结块而不是我们实际看到的宇宙。

“这种张力并不意味着标准宇宙学模型是错误的，但可能表明它不完整。”宇宙学家埃莉诺拉·迪·瓦伦蒂诺解释道英国谢菲尔德大学的成员。“我们的研究表明，暗物质与中微子之间的相互作用可以帮助解释这种差异，为理解宇宙结构如何形成提供了新的见解。”

研究人员在一次集中的努力中，汇编出了迄今为止最全面的综合数据集之一，用于测试宇宙早期和晚期宇宙中微子-暗物质相互作用。它们包括两个不同的CMB观测数据、三个BAO数据集以及正在进行的数据暗能量扫描天空以绘制暗物质和能量分布图的巡天。

然后，他们分别对CMB和BAO数据集分别运行宇宙学模拟，然后将它们合并。但他们还加入了另一个因素：中微子-暗物质散射相互作用。

结果显示，单个数据集中对散射的偏好略有偏差，最终的宇宙看起来更像我们今天的宇宙，而非无散射的模拟。但合并后的数据集中偏好更强，确定性为3西格玛。

这远非决定性结论，但与之前的结果一致，且足够有力，值得进一步调查。

“如果暗物质与中微子之间的相互作用被证实，将是一个根本性的突破，”理论物理学家兼宇宙学家威廉·贾雷（William Giarè）说夏威夷大学的成员，前身为谢菲尔德大学。

“这不仅能为不同宇宙学探针之间持续存在的不匹配带来新光明，还能为粒子物理学家提供具体方向，指示在实验室实验中应关注哪些属性，从而最终揭示暗物质的真实本质。”

“如果”在这方面承担了大量工作，但这些谜团足够令人困惑，使得这条探究之路看起来极具吸引力。

“解释并严格测试如此清晰的效应，需要超越粒子宇宙学中常用的近似方法。”理论物理学家塞巴斯蒂安·特罗亚诺夫斯基总结道波兰国家核研究中心的成员，“将成为进一步研究的对象。”

研究结果已发表于自然天文学.

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