[图片说明]:子弹星系团是两个星系团碰撞的产物。其中普通物质——高温气体(粉色,X射线波段)——会碰撞、损失能量、运动速度变慢。星系团中的暗物质(蓝色,引力透镜观测)间相互作用很弱,可以彼此穿过。版权:X射线:NASA/CXC/CfA/M.Markevitch;可见光以及引力透镜:NASA/STScI/Magellan/U.Arizona/D.Clowe/ESO/WFI。那冷暗物质是什么?科学家们还不确定。从粒子物理学出发有许多可供选择的粒子,但没有一种恰好符合暗物质的要求。虽然并不是专门为暗物质而生的,但这些假想中的粒子具备暗物质所需的全部或者至少一部分的属性(质量、丰度、寿命以及相互作用方式)。
数十年来,物理学家一直致力于统一引力、电磁力、弱相互作用力和强相互作用力。在过去的30年左右的时间里,发展出了超对称理论。这一理论预言,每一种普通粒子都具有一种尚未被探测到的大质量“超对称伙伴”粒子。
超对称所预言的粒子是目前主导的暗物质候选粒子。这些粒子具有质量和弱相互作用力,但它们不参与电磁作用。由此这些弱相互作用大质量粒子(WIMP)可以和普通的原子核发生碰撞,并且在不发射和吸收辐射的情况下散射它们。最轻的WIMP被称为“渺中子”(neutralino),是最有人气的暗物质候选者。
另一种常见的冷暗物质候选者则是轴子。它也是一种假想中的粒子,但并非来自超对称理论。轴子并不是一种“物质粒子”,而是一种力的载体,类似于传播电磁力的光子。它要比WIMP还轻得多——最多只有后者的十亿分之一,因此为了构成暗物质宇宙会需要比WIMP多得多的轴子。
你也许会想,既然有那么多的冷暗物质粒子,WIMP和轴子应该很容易被发现才是。其实,由于它们不参与电磁相互作用,因此要想探测它们就必须要把现有的实验推向极致。