暗物质An灭迹象的观察

组成宇宙中大部分物质的暗物质不容易看到。 她很黑。 但是,从某种意义上说,暗物质(TM)可以通过一种方式发光。

他是什么样的人? 如果HM由本身就是反粒子的粒子组成(例如光子,Z粒子和希格斯粒子,可能还有中微子),那么两个HM粒子可能会相遇并an灭(就像它们可以用一个正电子或两个光子消灭一个电子),变成我们可能可以检测到的其他东西,例如,变成两个光子,或任何其他粒子及其反粒子。 我们是否能够检测到这种影响取决于我们未知的许多事情。 但是寻找这种现象没有错,并且有很好的尝试理由。

我们如何希望找到他?


1个

首先,我们需要看一下银河系的中心。 就像在高峰时间在繁忙的交通中可能会发生事故一样,最有可能在密度最大的地方观察到暗物质颗粒的碰撞。 而最大的是在星系的中心。 原因是(参见图1)大块暗物质在星系和恒星周围形成-实际上,银河系的大部分质量都是暗物质分布在粗糙的球体上,尽管其确切结构尚不清楚,并且可能相当复杂。 恒星和大型原子云形成一个旋转盘,旋转盘上的螺旋臂位于该大球体内部,中心有一个球形的球( 凸起 )。 圆盘和凸起中的恒星可能会聚集在HM浓度最高的地方。 因此,碰撞和随后的an灭会导致我们潜在地能够检测到的粒子的出现,可能会在银河系中心附近发生,因此我们需要开发可以朝这个方向看并寻找发生这种and灭的迹象的科学工具。

不幸的是,获得提示并非易事,因为在银河系中心附近的暗物质the灭中产生的已知粒子类型并不多,可以到达地球。 能到达地球的仅有足够长的粒子是电子,反电子(正电子),质子,反质子,其他几个稳定的原子核(氦),中微子,反中微子和光子。 但是中微子(和反中微子)极难检测,几乎所有其他粒子都带有电荷,因此它们的路径在银河系的磁场中会弯曲和扭曲,这就是为什么它们永远不会到达地球的原因。 它还确保了如果它们来找我们,我们就不能说它们是否来自银河系中心。 光子仍然是唯一的粒子,首先可以直接从银河系中心移动到地球,其次很容易被检测到。


2

来自银河系中心的异常高能光子,几乎没有出现,可以很好地暗示TM ni灭(图2)。

但是,这种策略有很多障碍。 在银河系的中心,还收集到许多不寻常的天文物体,它们还发射高能光子。 如何区分由TM ni灭产生的光子和来自未知类恒星过程的光子,这些恒星过程可能在银河系中心比其他任何地方都更常见?

答:除一种特殊情况外,这并不容易。 如果TM粒子(具有一定质量,例如M)有时会消失,恰好使两个光子转向,那么对于这两个光子,运动能量将(非常精确)是暗物质粒子的质量能Mc 2 。 原因很简单-在一篇关于of灭粒子和反粒子的文章中对此进行了描述,如图1所示。 3。


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如果粒子和反粒子实际上处于静止状态,则它们各自的能量几乎完全包含在质量中,并且几乎完全等于Mc 2 。 两者的脉冲几乎为零。 能量和动量是守恒的,因此ni灭前后的总能量大约等于2 Mc 2 。 当一个粒子和反粒子变成另一个粒子和反粒子时,它们两者的能量将等于Mc 2 。 通常它将是质量+能量和运动能的混合。 当最终粒子和反粒子变成无质量的光子,因而没有质量能时,它们所有的能量就是运动能量。

我们不知道TM粒子的质量M,也不知道所得光子的能量。 但是,由于所有电子的质量都相同,并且所有质子的质量都相同,并且所有TM粒子的质量都相同,因此,每个TM an灭都会导致出现两个能量几乎等于Mc 2的光子。 这意味着如果我们使用特殊的望远镜测量从银河系中心附近区域发出的高能光子,并根据其能量建立光子数量图,那么我们应该期望许多天体物理过程将产生许多具有不同能量的光子,这些光子将形成平滑的背景,但是HM发生的过程将添加一束具有相同能量的光子-在背景上方高耸的突发(见图4)。 几乎不可能想象有一个天文物体,一颗奇怪的恒星会足够简单以产生这样的爆发-因此,狭窄爆发形式的信号将清楚地证明TM粒子对被process灭。


4

这是搜索TM的非常有效的方法。 如果TM粒子本身不是反粒子且无法歼灭,则将无法正常工作。 如果TM粒子在an灭时不经常产生光子,则它将不起作用。 但是可以。 并且已经有尝试,其中最有趣的是费米伽马射线太空望远镜的使用,这是一项在太空中工作的卫星并测量来自整个天空(包括来自银河系中心的光子)的光子的实验。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN409807/


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