希格斯玻色子和原始黑洞能否解释暗物质的存在？

xiaoniao290

如果没有真正的发现它，就很难让所有人相信真的有“暗物质”这种东西。暗物质似乎仅仅通过引力与我们的宇宙相互作用，而且还没有任何实验能在地球上检测到它。那么，如果可以使用已经存在的物理现象--希格斯玻色子和黑洞，来解释暗物质产生的原因呢？

由三名欧洲物理学家组成的小组发表了一项被视为有争议的声明：“暗物质的存在可能不需要超出标准模型的物理学。”这仍然只是一个假设，因为寻找暗物质的过程还在继续，但这是一个很有趣的想法。

首先，你可能想知道我在说什么。在你的日常生活中，你只经历了规律性的事情，--这就是构成每颗行星、恒星和星系的东西。但是天文观测表明宇宙物质中有更多的引力，我们用眼睛或仪器是无法看到的，叫做暗物质。到目前为止，许多实验都试图找出这种引力的来源，但都失败了。

然后是希格斯玻色子，这个长期寻求的粒子和相关的能量场遍布宇宙。希格斯玻色子解决了粒子物理学中一些最基本的问题，比如为什么一些应该没有质量的粒子实际上是有质量的。

当瑞士CERN的科学家在2012年宣布他们发现希格斯玻色子时，许多理论家对粒子本身的质量特别感兴趣。他们的计算，再结合另一种叫做顶夸克的粒子的质量，暗示宇宙的真空不是它的“基态”，可能以某种“亚稳态”存在。

基本上，你会认为真空中的物体物体可能拥有的最小能量。但是，如果宇宙处于亚稳态，那么可能存在一种更低的能量状态，即真空无法进入。

但在早期的宇宙中，情况并不稳定。主要的理论表明，宇宙在大爆炸后的瞬间迅速膨胀。所有这一切，发生在物理量子力学领域中的奇怪行为--粒子随机地进入或消失，都可能被放大和封存到宇宙的更大范围的结构中。

这一新理论背后的物理学家们进行了一些数学计算，这些计算是基于量子力学的微小波动如何在这个膨胀期间扰乱希格斯玻色子及其相关领域的。他们的结果是，在颗粒物理特性发生特别大的变化的地方会出现一些残留的黑洞。这些原始黑洞会提供额外的质量来解释暗物质的位置--它就在这些黑洞中。他们甚至可以在宇宙中提供一个可以观察到的特征，并证明希格斯场是稳定的还是不稳定的。

一些物理理论家讨论了希格斯真空不稳定的另一种潜在影响，即也许有一天，宇宙会变成更稳定的状态，改变所有的物理定律，并有可能摧毁一切。这种情况并不会发生，因为即使是亚稳状态也会比现在的宇宙年龄长得多。但或许这种不稳定性很重要。

CERN粒子物理学家Clara Nellist认为：“如果事实证明希格斯真空不稳定性是暗物质的产生方法，那么这意味着这种不稳定性将是我们首先需要的东西的重要组成部分。”

关于利用宇宙第一时间产生的原始黑洞来解释暗物质的存在，已经有很多人谈论过了，尽管这两种现象都没有被观察到。但是这个理论可以解释暗物质，而不需要发现新的粒子。事实上，包括大型强子对撞机在内的许多物理实验，都在寻找标准模型之外的暗物质粒子，但还没有任何发现。

这个理论有很多地方可能会站不住脚。的确，标准模型仍然坚持测试，但要证明没有新的物理学是非常困难的。此外，黑洞被广泛排除为暗物质的潜在来源；要证明这一理论，就需要在暗物质预计所在的地方找到合适的黑洞。进一步完善对顶夸克和希格斯玻色子质量的测量，可能会证明我们实际上生活在一个稳定的宇宙中。打破这些标准中的任何一个都会使这个理论落空。

但我们的宇宙很奇怪，有很多问题需要回答。当然，如果这些答案不需要以前从未发现过的物理学来解释暗物质，那就太好了。