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超级计算机首次对暗物质做出预测

2016-11-04   标签:暗物质    来源:sciencealert.com
暗物质到底是什么?第一次有超级计算机预测出轴子(假设存在的粒子,是宇宙中暗物质的最佳候选者)的重量。
A supercomputer just weighed a prime candidate for the Universe's most mysterious matter

宇宙中大约有百分之九十五的东西由暗物质和暗能量构成,这样的说法能够让标准物理模型站住脚,但没人知道这些究竟是什么东西。

超级计算机首次对暗物质做出预测

然而一台超级计算机也许知道,科学家们刚刚利用一台超级计算机描绘出了能够形成暗物质的粒子轮廓,第一次有超级计算机预测出轴子(假设存在的粒子,是宇宙中暗物质的最佳候选者)的重量。

最新估算从出来的一个轴子重量是一个电子的100亿分之一,这能够让科学家们搜寻暗物质候选者的存在,研究人员们说它甚至能帮助我们检测它们存在的直接证据。

来自德国电子同步加速器研究所的Andreas Ringwald是研究成员之一,他表示:“为了找到这类证据,我们必须知道自己寻找的是什么东西。否则搜寻的工作将耗费几十年时间,因为范围太广了。”

Ringwald及其同事决定将研究重点放在轴子上,因为作为暗物质最佳候选者的它们,一直未能揭露出它的真面目。

科学家们认为宇宙中未知的物质形式要么由非常重的粒子构成,要么由极其轻的粒子构成,轴子属于后者。

轴子这种假设存在的粒子,应该有着较低质量和很慢的速度,它不携带电荷,与其它物质的相互作用也很微弱。

这使得它们极难被人类检测到,但它们也许一直在与其他物质相互作用的事实,意味着如果我们知道该在哪里寻找的话,那么我们就能够使用正确的设备来检测它们。

感谢量子色动力学的扩展,轴子成为了暗物质的最佳候选者。这一量子理论管理着强核作用力(宇宙中的四大基本力之一)。

量子色动力学预言存在一种作用力非常微弱的粒子,它的质量取决于时空结构内量子扰乱的强度。如果你觉得这听起来很模糊并且感觉就像大海捞针一样,那么你是对的。

这时候就需要德国超级计算机JUQUEEN (BlueGene/Q)的帮忙了。该团队正需要这样的计算机来处理能够描绘轴子的超多数字变量。

该计算机预测如果构成暗物质的确实是轴子,那么它们携带的能量应该在50-1500微电子伏特之间,这使得电子比它们重100亿倍。

这意味着如果这种物质均匀地分布在宇宙中,那么平均下来宇宙中每立方厘米的地方将含有一千万个轴子。

但暗物质并不会均匀地分布,它会成团聚集起来,就像这个星系中就含有百分之九十九点九九的暗物质。这意味着我们银河系的局部区域内每平方厘米的体积将含有一万亿个轴子。

研究人员们希望他们缩小搜寻范围之后,能够一劳永逸地证实或者反证轴子的存在。

德国乌泊塔尔大学的Zoltán Fodor是研究人员之一,他表示:“我们发现的这些结果可能会导致科研人员们竞相发现这些粒子。”

游戏开始了。

该研究已被发表在《自然》上。


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