暗物質是“黑暗”的，因為它幾乎不與任何東西相互作用，尤其是與光。顯然，在某些情況下，它會對通過的光波產生輕微的影響。但是其他的場景預測我們的世界和暗物質之間根本沒有相互作用，除了那些由引力介導的。這將使它的粒子很難被發現，”俄羅斯科學院核研究所首席研究員謝爾蓋•托洛茨基表示。
什麼粒子構成暗物質是現代粒子物理學的一個關鍵問題。儘管人們預期暗物質粒子將在大型強子對撞機上被發現，但這並沒有發生。許多當時主流的關於暗物質本質的假說都被否定了。各種各樣的觀察表明暗物質確實存在，但顯然是由標準模型中的粒子以外的其他物質構成的。
標準模型需要擴展。其中包含的候選人是假想的粒子可能質量範圍從10 ?²?10¹?乘以電子的質量。也就是說，推測中最重的粒子的質量比最輕的粒子大40個數量級。
一種理論模型認為暗物質是由超輕粒子組成的。這為許多天文觀測提供瞭解釋。然而，這些粒子是如此的輕，以至於它們與其他物質和光的相互作用非常微弱，這使得它們非常難以研究。在實驗室裡幾乎不可能發現這種粒子，所以研究人員轉向天文觀測。
“我們談論的暗物質粒子比電子輕28個數量級。這一概念對於我們決定測試的模型至關重要。引力相互作用揭示了暗物質的存在。如果我們用超輕粒子來解釋所有觀測到的暗物質質量，那就意味著暗物質數量巨大。
“但對於這樣輕的粒子，問題來了:我們如何保護它們不因量子修正而獲得有效質量?”計算表明，一種可能的答案是，這些粒子與光子的相互作用很弱——即與電磁輻射。這提供了一個更簡單的方法來研究它們:通過觀察太空中的電磁輻射。”
當粒子的數量非常大時，你可以把它們看作是一個密度一定的場，而不是單個粒子。這個磁場在100秒量級的區域內相干振盪，大約325光年。決定振盪週期的是粒子的質量。如果作者考慮的模型是正確的，這段時間應該在一年左右。當極化輻射通過這樣一個場時，輻射偏振面以相同的週期振盪。如果像這樣的週期性變化確實發生了，天文觀測可以揭示它們。而週期的長度——一個地球年——是非常方便的，因為許多天文物體是在幾年的時間裡觀測到的，這足以使極化的變化顯現出來。
“驚人的新理論”——“暗物質和暗能量是流體”
這篇論文的作者決定使用來自地球射電望遠鏡的數據，因為它們在一個觀測週期內多次返回相同的天體。這樣的望遠鏡可以觀測到遙遠的活動星系核——靠近星系中心的過熱等離子體區域。這些區域發出高度極化的輻射。通過觀察它們，我們可以在數年內跟蹤偏振角的變化。
“起初，單個天體的信號似乎呈現出正弦振盪。但問題是正弦週期必須由暗物質粒子的質量決定，這意味著它必須對每個物體都是一樣的。我們的樣本中有30個物體。也許它們中的一些振動是由於它們內部的物理性質，但無論如何，週期從來都不一樣，”托洛茨基繼續說道。“這意味著我們的超輕粒子與輻射的相互作用很可能受到限制。我們並不是說這樣的粒子不存在，但我們已經證明它們不與光子相互作用，這對描述暗物質組成的現有模型構成了限制。”
非常奇怪的星系——“暗物質的消失是前所未有的”
“想象一下那是多麼令人興奮!”你學習多年,類星體,當有一天理論物理學家,結果我們的高精度和高角分辨率極化測量突然有助於理解暗物質的本質,“熱情尤里Kovalev補充說,他是這項研究的合作者之一,實驗室主任莫斯科理工學院物理與俄羅斯科學院和列別捷夫物理研究所。
在未來，研究小組計劃尋找其他理論模型提出的更重的暗物質粒子的假說。這將需要在不同的光譜範圍內工作，並使用其他觀測技術。托洛茨基認為，對替代模型的約束更為嚴格。
“現在，全世界都在尋找暗物質粒子。這是粒子物理學最大的謎團之一。到今天為止，還沒有一個模型被公認為對現有的實驗數據更有利、更完善或更可信。我們必須對它們進行測試。