宇宙加速膨胀,可能是未知新粒子“轴子”从中作梗

我们的宇宙自大爆炸以来一直在膨胀,而近代各项观测更表明膨胀速度比预期中还要快,一种可能解释是,宇宙正发生某些事情,从而改变了膨胀速率。最近意大利理论物理学家Massimo Cerdonio提出,很可能是一种称为“轴子”的新粒子从中影响暗能量、暗能量再主导了整个宇宙的变化。

在天文学中,能帮助科学家理解当今宇宙膨胀速率的数字为哈勃常数,目前有很多种方法可以独立测量出这个数值,比如研究特殊的Ia超新星(Type Ia supernova),由于这种超新星的峰值光度几乎一致、视星等随着距离而改变,因此很方便天文学家借由测量Ia超新星来测量宿主星系与我们的距离、远离的速率。

1998年,天文学家更利用观测Ia超新星得到的数据,证实宇宙膨胀速度正在加快,这意味着随时间演变,其他星系远离地球的速度也会持续增快。科学家不清楚是什么原因所致,因此将这股加速的背后推手称为暗能量(dark energy)。

除了利用超新星测量哈勃常数外,天文学家也能通过“宇宙微波背景”辐射来测量宇宙膨胀速度,但两种计算结果却出现可观的误差值;更通用的是,这两种测量方法都非常精准、没有漏洞。

究竟有什么神秘的东西躲藏在宇宙中发挥作用,才导致一方测量结果出现偏差?最多人同意的解释是:某种新粒子正在以我们不了解的方式改变宇宙膨胀率。在现代量子物理学中,每种粒子都与自身特定量子场相关,而科学家怀疑暗能量与贯穿宇宙的各种量子场能量相关,假如暗能量改变了,意味着量子场本身已先改变。

意大利帕多瓦大学理论物理学家Massimo Cerdonio利用计算机仿真,计算暗能量变化所需的量子场变化量时,指出如果有新的量子场负责暗能量变化,代表宇宙中有一种新粒子存在,而这种新粒子的质量与目前假想中的轴子(axion)非常相像。

也许这种粒子早就存在于宇宙中,假如Massimo Cerdonio计算结果正确,说明轴子一直潜伏在宇宙背景中,科学家或许该想办法往寻找轴子的方向检测。新论文预印本可以先在《arXiv》网站上阅览。

(首图来源:pixabay)