第140章 文章6

    宇宙微波背景辐射

    在宇宙尺度上，通过对宇宙中微波背景辐射各向异性的精细观测，可以确定出宇宙中暗物质的总量。观测表明宇宙总能量的268 由暗物质贡献，构成天体和星际气体的常规物质只占49，其余683为推动宇宙加速膨胀的暗能量。

    宇宙大尺度结构的形成

    大型计算机对宇宙演化的n－体引力模拟显示 [11-13] ，无碰撞的低速暗物质粒子在引力作用下逐步聚集成团，这一过程能形成我们今天看到的大尺度结构。这些结构的暗物质分布具备普适的质量分布。低速运动的暗物质有利于大尺度结构的形成。而高速运动的粒子趋向于抹平结构。因此不支持中微子作为主要的暗物质粒子候选者。

    暗物质的存在已经得到了广泛的认同,然而对暗物质属性了解很少。已知的暗物质属性仅仅包括有限的几个方面：

    （1）暗物质参与引力相互作用，所以应该是有质量的，但单个暗物质粒子的质量大小还不能确定。

    （2）暗物质应是高度稳定的，由于在宇宙结构形成的不同阶段都存在暗物质的证据，暗物质应该在宇宙年龄（百亿年）时间尺度上是稳定的。

    （3）暗物质基本不参与电磁相互作用，暗物质与光子的相互作用必须非常弱，以至于暗物质基本不发光；暗物质也基本不参与强相互作用，否则原初核合成的过程将会受到扰动，轻元素丰度将发生改变，将导致与当前的观测结果不一致。

    （4）通过计算机模拟宇宙大尺度结构形成得知，暗物质的运动速度应该是远低于光速，即“冷暗物质”，否则我们的宇宙无法在引力作用下形成观测到的大尺度结构。

    综合这些基本属性。可以得出结论暗物质粒子不属于我们已知的任何一种基本粒子。这对当前极为成功的粒子物理标准模型构成挑战。

    弱相互作用有质量粒子（wimp）是被最广泛讨论的暗物质候选者之一，它是指质量和相互作用强度在电弱标度附近的某种稳定粒子，通过热退耦机制获得已知的剩余丰度。wimp应该基本是电中性和色中性的，因此不直接参与电磁和强相互作用。中微子也不参与强相互作用和电磁相互作用，但由于其在宇宙中以接近光速运动，属于“热暗物质”，不足以作为构成暗物质的主要成分。人类已知的粒子物理标准模型中，不存在同时满足这些性质的粒子，这意味着wimp必须是超出标准模型的新物理粒子。已有理论预言的wimp包括：超对称模型中最轻的超对称伴侣粒子，如超中性子（neutralino）；额外维理论中的最小kaluza-klein激发态粒子；little higgs模型中的t-odd粒子。

    另一个暗物质候选者是轴子（axion），一种非常轻的中性粒子，它与强相互作用中电荷共轭-宇称反演联合对称性破缺相联系。轴子间通过极微小的力相互作用，由此它无法与背景辐射处于热平衡状态，因此不会通过热退耦获得剩余丰度，但可以通过真空态的破缺成为冷暗物质。