物理学家已开发出一种预测暗物质成分的方法

这项新工作的核心是预测质量介于电子和质子之间的暗物质模型的“宇宙学特征”。以前的方法曾为较简单的暗物质模型预测了类似的特征。该论文的作者指出，这项研究建立了在更复杂的模型中找到这些特征的新方法，而这些模型的实验还在继续寻找。这篇论文于7月6日发表在《物理评论快报》杂志上。

“搜索暗物质的实验并不是了解这种神秘物质类型的唯一途径，”纽约大学物理系的博士生、该论文的主要作者Cara Giovanetti说。

“对宇宙不同参数的精确测量--例如，宇宙中氦的数量，或早期宇宙中不同粒子的温度--也能让我们对暗物质有很多了解，”Giovanetti概述了《物理评论快报》论文中描述的方法。

在研究中，物理学家们专注于大爆炸核合成（BBN）--一个创造轻物质形式的过程，如氦、氢和锂。不可见的暗物质的存在影响了这些元素中的每一种将如何形成。对这些现象至关重要的还有宇宙微波背景（CMB）--由电子和质子结合产生的电磁辐射，它在宇宙形成后仍然存在。这项工作是与纽约大学博士后Hongwan Liu、纽约大学物理系副教授Joshua Ruderman、普林斯顿大学物理学家 Mariangela Lisanti、Giovanett及其合著者共同进行的。

该科学家团队通过创建同时考虑到BBN和CMB的模型，寻求一种手段来发现特定类别的暗物质的存在--其质量介于电子和质子之间。

Giovanett解释说：“这种暗物质可以改变早期宇宙中产生的某些元素的丰度，并通过改变宇宙膨胀的速度在宇宙微波背景中留下一个印记。”

在他们的研究中，该团队对与某些形式的暗物质的存在有关的宇宙学特征进行了预测。这些特征是暗物质改变不同粒子的温度或改变宇宙膨胀速度的结果。

他们的结果显示，太轻的暗物质将导致与天体物理观测所看到的不同数量的轻元素。“较轻形式的暗物质可能使宇宙膨胀得如此之快，以至于这些元素没有机会形成，”Giovanett说，她概述了一种情况。

她补充说：“我们从我们的分析中了解到，一些暗物质的模型不能有太小的质量，否则宇宙看起来就会与我们观察到的不同。”