科学探索|玻色子云可以用来解释“暗物质不是什么” 玻色子云可以用来解释“暗物

【科学探索|玻色子云可以用来解释“暗物质不是什么”】暗物质的性质继续使天文学家感到困惑。随着对暗物质粒子的搜索继续一无所获，人们很想把暗物质模型完全放弃，但是关于这种东西的间接证据仍然很强大。那么它是什么呢？一个科研团队又有一个新的想法，并且已经发表了他们第一次搜索的结果。
暗物质的条件意味着它不可能是常规物质。常规物质（原子、分子等）很容易吸收和发射光线。即使暗物质是冷到几乎不发光的分子云，它们仍然可以通过它们吸收的光看到。它们会像银河系平面附近常见的黑暗星云一样出现。但是它们的数量远远不够，无法解释我们观察到的暗物质的影响。我们也排除了中微子的可能性。它们与光没有强烈的相互作用，但中微子是一种"热"暗物质的形式，因为中微子几乎以光速移动。我们知道，大多数暗物质必须是迟缓的，因此是"冷的" 。因此，如果暗物质存在，它一定是别的样子。
在这项最新工作中，作者认为暗物质可能是由被称为标量玻色子的粒子构成的。所有已知的物质都可以被归为两大类，即费米子和玻色子。一个粒子属于哪一类，取决于一个被称为自旋的量子属性。像电子和夸克这样的费米子具有分数自旋，如1/2或3/2 。玻色子，如光子，有一个整数的自旋，如1或0 。

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夸克和轻子是费米子，而力的载体是玻色子。
虽然这似乎是一个微不足道的区别，但这两种粒子在大组中聚集在一起时，表现得非常不同。费米子永远不可能占据相同的量子态，所以当你试图把它们挤在一起时，它们会相互推回去。这也是白矮星和中子星存在的原因。引力试图将电子或中子推到一起，但费米压力非常强大，它可以抵抗引力（到一定程度）。另一方面，玻色子则完全乐于占据相同的状态。因此，如果你对一堆玻色子（如氦-4）进行过冷处理，它们就会沉淀为一个奇怪的量子物体，即玻色-爱因斯坦凝聚物。
唯一已知的标量玻色子是希格斯玻色子。鉴于希格斯的已知特性，它不可能是暗物质，但一些理论提出了其他标量玻色子。这些标量玻色子不会与光发生强烈的相互作用，只与引力发生作用。由于光不能明显地加热它们，随着时间的推移，这些标量玻色子会冷却并坍缩成大云。因此，也许暗物质是由大型的标量玻色子扩散云组成的。

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中子星中夸克核心的插图。
这是一个有趣的想法，但你怎么能证明它呢？事实证明，由于标量玻色子的引力作用，它们也与引力波相互作用。根据它们的质量，标量玻色子也可能通过发射引力子进行衰变。因此，标量玻色子可能会产生具有类似频率的持久的引力波，因此，该团队查看了来自LIGO和Virgo的引力波数据。他们在20-600赫兹的范围内寻找引力带来的证据，但目前一无所获。基于他们的工作，作者得出结论，我们的银河系中没有年轻的标量玻色子云。在距离地球3000光年的范围内也没有老的和冷的标量玻色子云。
这项研究并没有完全排除标量玻色子，但它确实对这一想法做出了一些强有力的限定。而现在，这似乎就是暗物质的故事 - 在我们寻求发现它是什么的过程中，我们也在继续发现它不是什么。