尋找暗光子：維持宇宙的“第五種力”？
北京時間9月23日消息，同好原創攝影論壇據國外媒體報道，物理學家正在尋找一只“看不見的手”，它塑造了我們的宇宙以及其中無數的星系。具體而言，物理學家正在各種天體的背后尋找所謂的暗光子，這種神秘的物質似乎可以傳遞一種以前未知的自然力，科學家認為，正是暗光子調節著常規物質和暗物質之間的相互作用。
那么，這種自然力為何能對我們隱藏如此之久？長期以來，科學家已經知道，自然界存在著4種已知的力，它們拉扯，擠壓和撕裂著常規物質，形成我們現在看到的一切。這4種已知的相互作用構成了我們日常生活的基石，它們分別是：將原子核結合在一起，但距離很短的強核力，神秘而又微弱的弱核力，控制著放射性衰變，并能對被稱為中微子的亞原子粒子產生作用，在我們生活中影響巨大的電磁力，以及微妙的引力，它在4種已知力中最弱的，卻又是作用范圍最大的。
利用這4種基本力，物理學家可以描繪出亞原子和宏觀世界。任何相互作用都離不開這4種力。然而，在我們的宇宙中，特別是在最大的尺度上，關于相互作用的謎團仍然很多。當我們縮小到星系或更小的尺度時，一些難以解釋的事情發生了，科學家將這種難以解釋的現象命名為暗物質。
暗物質是簡單純粹的呢，還是隱藏著某種未知的力量？現在，一個由國際物理學家團隊試圖解答這一問題，他們的研究結果發表在近期的預印本網站arXiv上。研究人員使用大型強子對撞機（LHC）的數據轉儲來尋找這種可能的基本作用力。目前，搜索結果仍然一無所獲。這在某種程度上其實是好事，因為這意味著我們已知的物理定律仍然成立。只不過，我們仍然無法解釋暗物質。
迷失在黑暗中
暗物質是一種假想的物質形式，據估計占宇宙總質量的80%左右。我們不知道是什么這些額外的無形物質是怎么產生的，但我們知道其存在，最大的線索來自引力。通過研究星系內恒星的運動和星團內星系的運動，以及宇宙中大尺度結構的演化，同好原創攝影論壇天文學家幾乎一致得出了這樣的結論：宇宙中存在著比可見物質更多的東西。
暗物質或許更應該被稱為“隱形物質”，因為暗物質根本不與光相互作用，我們只能通過引力效應來推斷其存在。如果暗物質能與光相互作用，或者說，如果暗物質與光的相互作用方式與常規物質相同的話，我們現在應該已經看到了這種神秘的物質。但就目前所知，暗物質既不吸收光，也不反射，折射，散射或發射光。對于暗物質，光只是不受歡迎的角色，它甚至可能不存在。
因此，現在很有可能有大量的暗物質粒子正在穿過你的身體。這些粒子流無窮無盡，其組合起來的質量可以通過引力的影響塑造星系的命運，但另一方面，它甚至不會與常規物質發生任何作用。
光的引入
由于我們不知道暗物質由什么構成，因此可以自由地想象各種各樣的場景。在最簡單的描繪中，暗物質無比龐大，是宇宙的基本組成。是的，暗物質構成了宇宙質量的絕大部分，但它只由數量無比豐富的單一粒子組成，除了擁有質量之外沒有其他意義。這意味著，暗物質可以通過引力效應為人所知，但除此之外，它不會通過任何其他力與常規物質相互作用。因此，我們永遠也看不到暗物質在做別的事情。
想象的場景更有趣。當理論物理學家感到無聊的時候，他們就會為暗物質可能是什么，以及更重要的是，我們如何才能探測到暗物質，做出一些猜想。一個有趣的暗物質理論認為，暗物質偶爾可以通過弱核力與常規物質相互作用。這個想法激發了當今世界各地的暗物質實驗和探測器。
但是，這個理論仍然假設自然界中仍然只有4種基本作用力。如果暗物質是一種前所未見的粒子，那么我們完全有理由認為，它很可能具有一種（或者更多）以前未知的自然力，誰知道呢？這種潛在的力可能會讓暗物質只與暗物質相互作用，也可能會讓暗物質與暗能量糾纏在一起，還可能在宇宙的常規物質和隱形部分之間開辟一條新的“溝通”渠道。
暗光子的“崛起”
還有一個理論提出，光與暗物質（以及暗能量）之間的交流是通過所謂的“暗光子”，類似于我們熟悉的電磁力光子。我們不能直接看到或聞到暗光子，但它們可能會與我們所見的世界融合。根據該理論，暗物質會發射出暗光子，這是一種質量相對較大的粒子。這意味著，它們只在短時間內產生影響，與普通的光子大不相同。然而，有時一個暗光子可以與一個普通光子相互作用，改變后者的能量和軌道。
這是非常罕見的事件，否則，我們早就會注意到由此產生的電磁學現象了。因此，即使有暗光子，我們也不能直接看到暗物質，但我們可以通過檢測電磁相互作用來嗅出暗光子的存在。一個暗光子可以通過與普通光子的相互作用來“竊取”能量。
但正如前文所說的，這需要大量的相互作用。人類已經建造了一些大規模的科學儀器，或許可以用于對這些相互作用的探索。在arXiv的論文中，物理學家還對歐洲核子研究中心（CERN）的第二大粒子加速器——超級質子同步加速器（Super Proton Synchrotron，簡稱SPS） ——3年實驗的數據進行了分析。在實驗中，科學家對質子進行了撞擊，然后觀察所產生的所有新粒子。
在撞擊產生的“殘骸”中，研究人員發現了很多電子。在三年的時間里，科學家計算出有超過200億個電子的能量在100Gev以上。因為電子是帶電粒子，并且傾向于彼此發生相互作用，所以實驗中的高能電子也產生了大量的光子。如果暗光子存在，而且它們有時會與普通光子相互作用，并從中竊取能量的話，就會在實驗中表現為缺乏光的缺失。
最終，數據分析并沒有尋找到暗光子存在的證據，所有的普通光子都存在并被計算在內。不過，這并不能完全排除暗光子的存在。如果暗光子確實存在，那么它們的能量應該很低（根據實驗結果，它們的能量很可能小于1GeV），而且極少與普通光子發生相互作用。無論如何，對暗光子的研究依然會繼續。（任天）
