暗物質或藏身於「隱匿域」中

翻譯 訪冬

審校 寒冬

疊加引力透鏡（紫色）後的Abell 1689星系團圖像。透鏡的質量部分來自於可見物質，部分來自於暗物質。

目前，大質量弱相互作用粒子（WIMP）是最有可能的暗物質候選者之一，雖然這種假設的粒子還沒有被直接探測到。現在，來自英國、義大利和美國的幾位物理學家在一項新的研究中提出，暗物質並不是 WIMP，也不是目前所知或理論中的任何一種粒子。

這些物理學家認為暗物質由「隱匿域」（hidden sector）中的某種粒子組成。他們在近期的《PhysicalReview Letters》（物理評論通訊）上發表了這一研究。

隱匿域存在於「可見區域」之外,卻環繞著整個可見世界。隱匿域中的粒子並不像可見世界中的粒子那樣參與強力和電弱力，這使得他們與可見域的相互作用大為減少，隱匿域因此得名。所以隱匿域的粒子可能就在我們周圍——只是我們無法檢測到他們的存在。

在新假說中，暗物質由隱匿域中的粒子組成，他們通過介面與可見域進行交流，以這種方式產生科學家早已觀測到的的引力效應。

這種理論可能聽起來很牽強，但隱匿域和它與可見域之間的介面早已經是弦理論和膜理論的組成部分。這兩種理論試圖在最基本的層面上重塑「物理大廈」。

質疑的聲音主要來自對穩定性問題的思考。通常來說，較重的粒子會衰變成較輕的粒子。因而較輕的粒子會更為穩定，也更有可能是暗物質。WIMP 是最輕的超對稱粒子，並直到現在都被認為是穩定的，這正是 WIMP 得到長久支持的原因。

然而，由於預計有約100個隱藏區域存在，但只有一個可見區域，科學家在新研究中認為，一些隱匿域很可能含有比 WIMP 還要輕的粒子。

研究人員從理論上證明，WIMP 可以衰變成一個或數個較輕的隱匿域粒子，次級粒子還能進一步衰變。因此，可見域中的最輕超對稱粒子並不夠穩定成為暗物質。相反，根據這一理論，一些當前未知的隱匿域粒子更可能是暗物質。

文章來源：http://phys.org/news/2016-11-dark-hidden-sector.html

論文信息

【題目】Lightest Visible-Sector Supersymmetric Particle isLikely to be Unstable

【作者】Bobby S. Acharya, Sebastian A.?R. Ellis, Gordon L.Kane, Brent D. Nelson, and Malcolm J. Perry

【期刊】Phys. Rev. Lett

【日期】2016.10.28

【DOI】10.1103/PhysRevLett.117.181802

【論文摘要】We argue, based on typical properties of knownsolutions of string or M theory, that the lightest supersymmetric particle ofthe visible sector is likely to be unstable. In other words, dark matter isprobably not a particle with standard model quantum numbers, such as a weaklyinteracting massive particle. The argument is simple and based on the typicaloccurrence of (a) hidden sectors, (b) interactions between the standard model(visible) sector and these hidden sectors, and (c) the lack of an argumentagainst massive neutral hidden sector particles being lighter than the lightestvisible supersymmetric particle. These conclusions do not rely on argumentssuch as R -parity violation.

論文鏈接：http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.117.181802