[揽瓜阁精读]74.暗物质

鸡麦特焖焖

暗物质可能是由什么样的物质构成的？天文的观测和理论给出了一些一般性的线索。暗物质不可能由中子或者质子构成，或者由任何曾经由质子或中子构成的东西构成。根据大爆炸期间的物质合成物的预测，这种物质在数量上太少无法构成暗物质。这种推测被对ph,hy,he和li的测量所证实。

就算一小部分暗物质也不可能由中子构成。曾经中子是最有可能的，但是通过实验发现它们太lightweight且hot，无法构成暗物质。

最适合天文观测的包含冷暗物质，+解释冷暗物质是啥。尽管冷暗物质在解释宇宙的结构上存在问题，但是宇宙学家认为这个问题比起其他假设是微小的。目前的元素颗粒的S模型不包含可以组成暗物质的，但S model之外的有很多候选者。

到目前为止，这类研究最多的扩展是ss，所以以此为讨论的重点，这些物质的特点是比较重，有一些可能组成暗物质的元素。其中最引人注目的是neutralio，和nu不一样。

neu虽然很重，但是被认为是超对称物质里最轻的。讲neu为什么符合构成暗物质的要求。

PennyWen95

[揽瓜阁精读]74.暗物质


暗物质可以由什么样的粒子组成？天文观测和理论提供了一些线索。它不能是质子，中子或任何曾经由质子或中子构成的东西，例如成为黑洞的大质量恒星。根据大爆炸期间粒子合成的计算，这些粒子的数量太少，无法构成暗物质。这些计算已被宇宙中原始氢，氦和锂的测量所证实。

暗物质的一小部分也不能是中微子，中微子是一种轻质粒子，可以穿过太空，不附着在任何原子上。中微子曾经是暗物质的一个突出的可能性，它们的作用仍然是一个讨论的问题，但实验发现它们可能太轻了[参见Edward Kearns，Takaaki Kajita和Yoji Totsuka的“检测大质量中微子”;1999年8月]。此外，它们是“热的”——也就是说，在早期的宇宙中，它们以与光速相当的速度运动。热粒子太过轻浮，无法沉降到观察到的宇宙结构中。

最适合天文观测的是“冷”暗物质，这个术语指的是一些未被发现的粒子，当它形成时，它移动缓慢。虽然冷暗物质在解释宇宙结构方面有其自身的问题[参见Guinevere Kauffmann和Frank van den Bosch的“星系的生命周期”; 2002年6月]，大多数宇宙学家认为这些问题与替代假设所面临的困难相比是次要的。目前的基本粒子标准模型不包含可以用作冷暗物质粒子的例子，但是标准模型的扩展 - 出于与天文学需求完全不同的原因而开发 - 提供了许多合理的候选。

到目前为止，这种研究最多的扩展是超对称性，所以我将专注于这个理论。超对称性对暗物质来说是一个有吸引力的解释，因为它假设了一个全新的粒子家族 - 每个已知基本粒子的一个“超级伙伴”。这些新粒子都比已知粒子更重（因此更迟钝）。其中几种是冷暗物质的自然候选者。最受关注的是中性子，它是光子（传递电磁力），玻色子（传递所谓的弱核力）和其他粒子类型的超级伙伴的混合体。这个名字有点不幸：“neutralino”听起来很像“neutrino”，这两个粒子确实共享各种性质，但它们在其他方面是完全不同的。

虽然neutralino按正常标准很重，但它通常被认为是最轻的超对称粒子。如果是这样，它必须是稳定的：如果一个超级粒子不稳定，它必须衰变成两个更轻的超级粒子，而中性粒子已经是最轻的。顾名思义，neutralino的电荷为零，因此不受电磁力（如涉及光的电磁力）的影响。假设的中性物质的质量、稳定性和中性满足了冷暗物质的所有要求。

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P1: 暗物质分子不可能是中子，质子或者是曾经由中子和质子组成的物质。 原因：这种物质太少了以至于不可能组成暗物质
P2: 暗物质分子也不可能全部由中微子组成。 原因：1. 太轻了 2. 速度快， 难以观察结构
P3: 暗物质分子由“cold"  dark matter的分子组成。原因：1. 这个假设所存在的问题远没有现存假设的问题大  2. 虽然目前现有的分子标准模型还没有类似于cold dark matter物质的分子，但是这个标准模型的延伸上找到了几个候选者。
P4: 目前对于分子标准模型延伸是基于一个“supersymmetry"的理论。  原因： 这个理论能够预测一个全新的分子体系-“superpartner"。在这个体系里的分子都比已知分子要重，并且里面有一些可能是cold black matter. 其中一个可能是cold black matter的分子是neutralino，虽然和中微子名字相似，但是这两个不一样
P5： Neutralino虽然比普通的分子要重，但是在它的分子体系中是最轻的。
特征：
（1）稳定。如果super particle 不稳定，那么它就分成两个更轻的，而neutralino已经是最轻的了，因此super particle 一定稳定
（2）0电荷。 不受电磁力影响
结论：根据假设，Neutralino分子从质量，稳定性和中立性都符合cold dark matter的特质。

完美风暴

文章大意：
暗物质可能是由什么类型的微粒构成？天文学的观察和理论提供了一些普通的线索。它不可能是质子，中子或者曾经由质子和中子构成的事物，例如成为黑洞的大质量恒星。通过在大爆炸时期微粒合成的计算，这些微粒数量太少而不能组成暗物质。那些计算已经被宇宙中原始氢，氦和锂的测量所证实。

超过一小部分的暗物质也不可能是中微子，一种通过空间迅速移动且不依附于任何原子的轻量级的微粒。中微子对暗物质曾经是一种突出的可能性，且它们的作用任然是一个讨论的问题，但实验已经发现它们可能是太轻量级了。而且，它们是“热的”--那就是说，在早期的宇宙中它们正在以与光速相当的速度移动。热微粒移动的太快而不能适应观察宇宙的结构。

最适合的天文学观察涉及到“冷的”暗物质，一个涉及到一些未被发现的慢吞吞移动的微粒的术语。尽管冷暗物质在解释宇宙结构时有它自己的问题，大多数宇宙学家认为这些问题与备择假设所面临的困难相比是微小的。目前基本粒子的标准模型不包含能够作为冷暗物质的微粒的例子，但是标准模型的扩展提供了许多可靠的候选者。

到目前为止这种扩展类型最多研究的是超对称性，因此我将关注这个理论。超对称性对暗物质是一种有吸引力的解释，因为假定了一个全新的微粒家族--对每个已知的基本粒子是一个“超级搭档”。这些新的微粒全部比已知的粒子要重。几种粒子是冷暗物质天生的候选者。获得最多关注的是中轻微子，它是光子的超级搭档的一种混合物，玻色子和其他的微粒类型。名字有点不幸：“中轻微子”听起来很像"中微子"，并且这两种微粒实际上共享各种属性，但是它们在其他方面是非常的不同。

尽管中轻微子按照正常的标准是很重的，通常它被认为是最轻的超对称性粒子。如果这样，它一定是稳定的：如果一个超粒子是不稳定的，它必定会衰变为两个更轻的超粒子，并且中轻微子已经是最轻的。就像名字中暗示的，中轻微子是零电荷的，因此它不会受到电磁力的影响。中轻微子假设的质量，稳定性和不带电满足了冷暗物质的所有要求。
生词：
protons: 质子  neutrons:  中子  massive stars: 大质量恒星 calculations: 计算；运算  corroborated: 证实；使坚固  primordial hydrogen: 原始氢  helium: 氦  lithiu: 锂

a small fraction of: 一小部分 neutrinos: 中微子 a lightweight breed of: 轻量级的品种 zips: 迅速移动 prominent possibility:  突出的可能性 comparable to: 可比较的；比得上的 fleet-footed: 快腿的；走路快的  settle into: 停留于；习惯于+ observed: 观察=适应观察

sluggishly: 慢吞吞地  cosmologists: 宇宙学家 minor: 次要的；微小的 alternative hypotheses: 备择假设 elementary particles: 基本粒子

supersymmetry: 超对称性 postulates: 假定；要求 superpartner:  超级搭档  neutralino: 中轻微子 amalgam: 汞合金；混合物 photon: 光子 boson: 玻色子

decay into:  衰变为 electromagnetic forces: 电磁力 hypothesized: 假设的

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