五种可能的暗物质粒子候选体

宇宙中超过80%的物质是不可见的，只能通过引力相互作用探测到它们的存在，它们被统称为暗物质。很多科学家都认为暗物质是由未知的粒子组成的，它们与普通物质主要通过引力相互作用，而电磁相互作用则非常地微弱甚至没有，所以很难探测到这些粒子。

我们已经知道有一种粒子和物质的相互作用非常微弱，就是中微子。中微子的质量非常非常小，和物质相互作用也非常微弱。比如每秒有几十亿来自太阳的中微子穿过你的小拇指甲，对于中微子，我们人体甚至整个地球都差不多是透明的，它们轻易地穿透我们，没有任何影响。

世界上有几千个科学家从事很多的实验试图寻找暗物质粒子，其中包括我们国家紫金山天文台的“悟空”卫星，还有在四川锦屏山的隧道中进行的上海交通大学的PandaX和清华大学的CDEX两个暗物质探测实验。虽然实验的精度越来越高，但是迄今还没有探测到暗物质粒子。

科学家们列出了五种可能的暗物质粒子，第一种是弱相互作用重粒子（weakly interacting massive particles，WIMPs），它的散射界面非常小（也就是相互作用的概率），小到和弱相互作用差不多，（弱相互作用是四大基本相互作用的一种，其它三种是强相互作用，引力相互作用，电磁相互作用），重是指它的质量比质子的质量还要大。从名字就可以看出它符合暗物质的要求，而且多种不同的粒子物理模型（比如超对称理论）预言了这种粒子的存在，而且还预言了这种粒子的总质量，和天文观测所得到的暗物质质量大致相符。第二种是轴子（ Axions），轴子是一种假想粒子，它的质量在2至100微电子伏特（1微电子伏特对应于1.78×10^-42千克）,有几个物理实验就是专门为了寻找轴子，比如意大利的PVLAS实验。第三种是极轻标量场粒子( ultra-light scalar particles)，它的质量大约10^-22电子伏特，这种暗物质又叫毛暗物质（fuzzy dark matter），波色爱因斯坦凝聚暗物质（ BEC dark matter）,波暗物质（ wave dark matter）或者极轻轴子 （ ultra-light axion）。第四种是贫瘠中微子（sterile neutrinos），如果它存在的话，比正常中微子的质量要大的多。第五种是自相互作用暗物质粒子，暗物质粒子不只一种，而是一组粒子，它们之间会发生相互作用，但是和物质只有很微弱的相互作用。

我们最终能够发现暗物质的本质么？

文章主体翻译自：https://phys.org/news/2018-04-small-dark-baffling-candidates.html