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暗物质是什么东西 暗物质撞击秘密(图)

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更新时间:2016-10-14 00:41

在宇宙学中,暗物质是指那些自身不发射电磁辐射,也不与电磁波相互作用的一种物质。人们目前只能通过引力产生的效应得知宇宙中有大量暗物质的存在。暗物质存在的最早证据来源于对球状星系旋转速度的观测。现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、微波背景辐射等研究表明:我们目前所认知的部分大概只占宇宙的4%,暗物质占了宇宙的23%,还有73%是一种导致宇宙加速膨胀的暗能量。

据美国国家地理网站报道,根据几项暗物质探测项目获得的数据进行计算的结果显示,平均大约1分钟就会有一颗暗物质粒子击中人体。

 

这是阿贝尔383(Abell 383)星系团,科学家们曾经借助这一星系团进行暗物质分布图的构建

 

暗物质不同于常规物质,它们完全不可见。科学家们之所以能知道它们的存在,是因为它们会对宇宙中的星系和星系团产生引力作用。科学家们估算认为这种神秘的暗物质占到了整个宇宙中所有“物质”总量的80%。到目前为止尚没有任何人能够确定的指出暗物质的组成粒子究竟是什么。但是其中一个非常有希望的理论是一种被称作“大质量弱相互作用粒子”(WIMPs)的候选体。

正如其名字所暗示的那样,这种粒子对常规物质粒子,或者说重子只有非常微弱的影响,它们通常会直接穿过宇宙中绝大部分的物质,包括人体。但是在偶发的情况下,某些具有特定质量的“大质量弱相互作用粒子”会和原子核发生碰撞,并且现在看起来这种碰撞发生的几率要高于原先的设想。

凯瑟琳·弗莱瑟(Katherine Frees)是美国密歇根大学下属密歇根理论物理研究中心教授,她说:“在这项研究工作进行之前,我曾经认为这种WIMP粒子和人体内原子核发生碰撞的几率大概是人的一生中才会发生一次。但是现在看起来这样的碰撞几率大约是每分钟一次。”

WIMP撞击事件

根据这项理论,WIMP粒子产生于宇宙初始时分,这一点和其它物质并没有什么区别。尽管WIMP粒子和常规物质之间不太会发生相互作用,但是如果这样的两颗粒子相互撞击,它们将会发生湮灭反应,所有的质量将会在一瞬间转化为能量。

这项研究论文的合著者,瑞典斯德哥尔摩大学奥斯卡·克兰研究中心博士后研究员克里斯托弗·萨瓦吉(Christopher Savage)表示:“随着宇宙膨胀并逐渐冷却,WIMP粒子相互远离,最后它们将无法再相遇并发生湮灭反应。”模型显示,目前每秒正有数以十亿计的WIMP粒子正穿过地球,还有每种动物的身体。

目前有一部分设计用来探测WIMP粒子的实验,其原理是基于当WIMP粒子和某些特定材料物质发生撞击,如锗晶体,这样的撞击事件将会释放特定数量的能量。在这项最新研究中,弗莱瑟和萨瓦吉采用了相似的计算方法来考察特定种类的WIMP粒子的质量和丰度,并估算它们和人体内常见元素原子核发生相互反应的几率。萨瓦吉说:“我们知道如何进行这些计算,我们只是从未针对人体过这样的计算。”计算结果显示,氢原子和氧原子更加容易受到WIMP粒子的撞击。由于我们的身体含有大量的水分,因此我们的身体原子组成是很容易发生与WIMP粒子的相互反应的。

根据这项研究,对于那些质量达到60 GeV 的WIMP粒子,对于一个体重154磅(70公斤)的人来说,每年将发生约10次撞击事件。1 GeV即十亿电子伏特,这一单位大致相当于一个质子所含有的能量。而对于那些10~20 GeV的WIMP粒子来说,研究人员们估计每年都有成百上千的这类粒子和人体内的原子核发生撞击。

暗物质是一种危险?

由于它们和常规物质发生相互作用的几率非常低,这当然也就意味着WIMP的撞击将不会给人体带来什么大的风险。然而当两颗WIMP粒子相互撞击时会发生湮灭反应,在这一过程中所释放出的能量就会大的多。弗莱瑟说:“这两颗粒子的质量都相当于质子质量的100倍,当两者相撞时,它们将拥有200倍质子质量的能量释放。这将是非常剧烈的。”

如果这种WIMP粒子湮灭反应发生在人体内,弗莱瑟说:“它将可能导致对人体有害的突变。”当然,他也指出:“发生这种事件的概率非常低。”

站长点评:暗物质当然会和人体组织发生相互作用。物理学家计算出了这种情况发生的几率。那么计算结果是地球上每个人每年要承受100000次的暗物质粒子碰撞。这意味着,在阅读这篇文章的这点时间里,很可能已经被暗物质击中了。

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