推 hwider: 感到科幻 09/23 11:30
https://m.news.sina.com.tw/article/20190923/32738344.html
據國外媒體報導，物理學家正在尋找一隻「看不見的手」，它塑造了我們的宇宙以及其
中無數的星系。具體而言，物理學家正在各種天體的背後尋找所謂的暗光子，這種神秘
的物質似乎可以傳遞一種以前未知的自然力，科學家認為，正是暗光子調節著常規物質
和暗物質之間的相互作用。
那麼，這種自然力為何能對我們隱藏如此之久？長期以來，科學家已經知道，自然界存
在著4種已知的力，它們拉扯、擠壓和撕裂著常規物質，形成我們現在看到的一切。這4
種已知的相互作用構成了我們日常生活的基石，它們分別是：將原子核結合在一起，但
距離很短的強核力；神秘而又微弱的弱核力，控制著放射性衰變，並能對被稱為中微子
的亞原子粒子產生作用；在我們生活中影響巨大的電磁力；以及微妙的引力，它在4種已
知力中最弱的，卻又是作用範圍最大的。
利用這4種基本力，物理學家可以描繪出亞原子和宏觀世界。任何相互作用都離不開這4
種力。然而，在我們的宇宙中，特別是在最大的尺度上，關於相互作用的謎團仍然很多
。當我們縮小到星系或更小的尺度時，一些難以解釋的事情發生了，科學家將這種難以
解釋的現象命名為暗物質。
暗物質是簡單純粹的呢，還是隱藏著某種未知的力量？現在，一個由國際物理學家團隊
試圖解答這一問題，他們的研究結果發表在近期的預印本網站arXiv上。研究人員使用大
型強子對撞機（LHC）的數據轉儲來尋找這種可能的基本作用力。目前，搜索結果仍然一
無所獲。這在某種程度上其實是好事，因為這意味著我們已知的物理定律仍然成立。只
不過，我們仍然無法解釋暗物質。
迷失在黑暗中
暗物質是一種假想的物質形式，據估計占宇宙總質量的80%左右。我們不知道是什麼這些
額外的無形物質是怎麼產生的，但我們知道其存在，最大的線索來自引力。通過研究星
系內恆星的運動和星團內星系的運動，以及宇宙中大尺度結構的演化，天文學家幾乎一
致得出了這樣的結論：宇宙中存在著比可見物質更多的東西。
暗物質或許更應該被稱為「隱形物質」，因為暗物質根本不與光相互作用，我們只能通
過引力效應來推斷其存在。如果暗物質能與光相互作用，或者說，如果暗物質與光的相
互作用方式與常規物質相同的話，我們現在應該已經看到了這種神秘的物質。但就目前
所知，暗物質既不吸收光，也不反射、折射、散射或發射光。對於暗物質，光只是不受
歡迎的角色；它甚至可能不存在。
因此，現在很有可能有大量的暗物質粒子正在穿過你的身體。這些粒子流無窮無盡，其
組合起來的質量可以通過引力的影響塑造星系的命運，但另一方面，它甚至不會與常規
物質發生任何作用。
光的引入
由於我們不知道暗物質由什麼構成，因此可以自由地想像各種各樣的場景。在最簡單的
描繪中，暗物質無比龐大，是宇宙的基本組成。是的，暗物質構成了宇宙質量的絕大部
分，但它只由數量無比豐富的單一粒子組成，除了擁有質量之外沒有其他意義。這意味
著，暗物質可以通過引力效應為人所知，但除此之外，它不會通過任何其他力與常規物
質相互作用。因此，我們永遠也看不到暗物質在做別的事情。
想像的場景更有趣。當理論物理學家感到無聊的時候，他們就會為暗物質可能是什麼，
以及更重要的是，我們如何才能探測到暗物質，做出一些猜想。一個有趣的暗物質理論
認為，暗物質偶爾可以通過弱核力與常規物質相互作用。這個想法激發了當今世界各地
的暗物質實驗和探測器。
但是，這個理論仍然假設自然界中仍然只有4種基本作用力。如果暗物質是一種前所未見
的粒子，那麼我們完全有理由認為，它很可能具有一種（或者更多）以前未知的自然力
，誰知道呢？這種潛在的力可能會讓暗物質只與暗物質相互作用，也可能會讓暗物質與
暗能量糾纏在一起，還可能在宇宙的常規物質和隱形部分之間開闢一條新的「溝通」渠
道。
暗光子的「崛起」
還有一個理論提出，光與暗物質（以及暗能量）之間的交流是通過所謂的「暗光子」，
類似於我們熟悉的電磁力光子。我們不能直接看到或聞到暗光子，但它們可能會與我們
所見的世界融合。根據該理論，暗物質會發射出暗光子，這是一種質量相對較大的粒子
。這意味著，它們只在短時間內產生影響，與普通的光子大不相同。然而，有時一個暗
光子可以與一個普通光子相互作用，改變後者的能量和軌道。
這是非常罕見的事件，否則，我們早就會注意到由此產生的電磁學現象了。因此，即使
有暗光子，我們也不能直接看到暗物質，但我們可以通過檢測電磁相互作用來嗅出暗光
子的存在。一個暗光子可以通過與普通光子的相互作用來「竊取」能量。
但正如前文所說的，這需要大量的相互作用。人類已經建造了一些大規模的科學儀器，
或許可以用於對這些相互作用的探索。在arXiv的論文中，物理學家還對歐洲核子研究中
心（CERN）的第二大粒子加速器——超級質子同步加速器（Super Proton Synchrotron
，簡稱SPS） ——3年實驗的數據進行了分析。在實驗中，科學家對質子進行了撞擊，然
後觀察所產生的所有新粒子。
在撞擊產生的「殘骸」中，研究人員發現了很多電子。在三年的時間里，科學家計算出
有超過200億個電子的能量在100Gev以上。因為電子是帶電粒子，並且傾向於彼此發生相
互作用，所以實驗中的高能電子也產生了大量的光子。如果暗光子存在，而且它們有時
會與普通光子相互作用，並從中竊取能量的話，就會在實驗中表現為缺乏光的缺失。
最終，數據分析並沒有尋找到暗光子存在的證據，所有的普通光子都存在並被計算在內
。不過，這並不能完全排除暗光子的存在。如果暗光子確實存在，那麼它們的能量應該
很低（根據實驗結果，它們的能量很可能小於1GeV），而且極少與普通光子發生相互作
用。無論如何，對暗光子的研究依然會繼續。
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