暗物質粒子形成「王牌碟中碟」的星系圓盤

新類型的暗物質也許由「暗原子」構成，神秘的暗物質佔到宇宙物質成分的大部分，它是一種看不見、不可觸摸的物質。暗物質也許能分解為分子和原子，暗原子進一步分解為質子和中子等。科學家普遍相信，暗物質存在於人類的感受能力之外，它佔到宇宙物質總和的六分之五。我們感覺不到暗物質的存在，通過暗物質顯示的引力效應，我們能夠間接發現它的存在。暗物質引力在恆星和星系的運動中發揮了關鍵作用。

暗物質可能由一種特定的物質粒子構成，除了和宇宙物質的引力發生作用以外，這種粒子不和其它任何形式的力發生作用、或雙方的作用力非常微弱，我們幾乎探測不到這種微弱的作用力。暗物質粒子不與光子產生任何的相互作用，我們看不到、或觸摸不到它的存在，暗物質粒子的相互碰撞十分罕見，科學家目前對它的奇異性知之甚少。

所有的暗物質粒子不一定僅有一種形態，僅有一種特性。科學家設想了一種新型的暗物質粒子，它佔到所有暗物質總和的五分之一，這個比例和可見的普通物質在宇宙總物質的佔比相幾乎同。哈佛大學的研究員安德烈·卡茨認為，沒有充足的理由說明，宇宙所有的暗物質粒子只有一種類型。新型暗物質粒子在本質上由重的「暗質子」和輕的「暗電子」構成，它們的相互作用比其它類型的暗物質粒子更為頻繁。新型暗物質粒子形成了「暗原子」，「暗質子」和「暗電子」的作用力通過「暗光子」傳播。

「暗質子」和「暗電子」之間產生了「暗電磁力」，很像可見的普通物質中質子和電子之間通過光子傳播產生的電磁力，原子核和電子的相互作用形成原子，原子和分子組成了我們可以感受和觸摸的普通物質，「物質化生存」形成了人類社會生活的基礎。如果「暗原子」可能存在，那麼通過暗原子的相互作用、或它們之間的化學反應，我們能夠建立一門「暗化學」，而可見的常規物質通過原子的相互作用形成了化學反應的基礎。

「暗質子」和「暗電子」在相互作用中逐漸失去一部分能量，當暗粒子能量降低到一定的數量級時，暗原子之間可能凝聚成團塊，在星系周圍形成一個平展的碟形圓盤，而可見的常規物質粒子通過引力作用形成一個碟形的「原行星盤」，從中誕生了行星和恆星。暗物質的碟形圓盤大致上為球形，它們在星系周圍形成了「暈圈」、或「暗物質暈」。暗物質的碟狀圓盤和可見常規物質的碟狀圓盤產生了重合。形成「碟中碟」的圓盤結構。

科學家引入暗物質的圓盤結構概念，這意味著星系擁有兩個圓盤結構、或雙重圓盤，一個明的圓盤由常規物質的原子組成；另一個暗的圓盤由暗物質的原子組成。在「雙重結構」圓盤概念的基礎上，卡茨帶領的科學團隊構想了一種暗物質佔主導地位的星系雙重圓盤的模型。加州理工學院的理論物理學家肖恩·卡羅爾發表了「局外人」的評價，暗物質主導的雙重圓盤概念十分新穎，科學團隊的構想開創了「暗物質物理學」的新領域，暗物質結構也許非常複雜、生動有趣，可能像普通物質物理學所顯示的那樣。

卡羅爾和他的同事早些時候提出了「暗物質粒子電磁力」的概念，存在一種暗物質電磁力的可能，暗電磁作用也許非常像常規物質的電磁力在長距離中的表現，暗物質電磁力同樣是一種長程力，暗物質粒子同樣有正電荷和負電荷之分。卡茨團隊的暗物質結構模型包含了輻射概念，按照「暗輻射」的模型，他們能夠推測「暗磁場」和其它一些有趣的物理現象。可能存在更多種類的暗物質粒子，這需要進一步的研究。在卡茨團隊構建的模型中，只有一種類型的暗物質粒子形成了「暗原子」和「暗化學」的世界。

暗物質原子構成了碟狀圓盤，暗圓盤對恆星和星系的引力作用可能被太空探測器發現，歐洲航天局的蓋亞太空天文台預計在今年10月發射升空，繪製銀河系大約10億顆恆星的「譜圖」是蓋亞天文台的主要使命。哈佛大學的卡茨滿懷信心地認為，蓋亞天文台可能第一次探測到暗物質構成的碟狀圓盤，暗物質的形成過程比常規物質要慢得多，地球、太陽和其它大質量天體很容易遭受暗物質粒子的影響，太陽捕獲的暗物質粒子發生了湮滅現象，從中產生了中微子流，當中微子流抵達地球時，通過南極的「冰立方」天文觀測台，科學家可能捕獲它們的蹤跡。

卡茨團隊有一個更大膽的推測，除了「暗質子」和「暗電子」之外，也許存在暗物質的反粒子，「暗反電子」對應「暗電子」，「暗反質子」對應「暗質子」等，當暗物質粒子和暗物質反粒子發生碰撞時可能釋放伽瑪射線，它是宇宙中最高能量的一種射線，通過高能望遠鏡可能發現它們。暗原子也許形成了暗等離子體構成的氣體雲，從氣體雲產生的波紋也許影響了早期宇宙的形成，在目前大尺度的宇宙可能發現氣體雲的波紋產生影響的痕迹。

新型的暗物質粒子擁有力和磁場的特徵，這對理論物理學家開發新的物理學模型有特別重要的意義。物理學領域充滿了奇妙性，就像一個空間寬闊的「運動場」。天體物理學最困難的部分在於正確地確定暗物質的演變，暗物質粒子在演變過程中也許形成了簇團形式，其中包括一個隱形的碟狀圓盤。對可見的常規物質世界而言，電磁場特性是一個非常艱難的研究課題，暗物質電磁場的概念更是「深不可測」的研究領域，可見物質電磁場和暗物質電磁場可能形成了「混合場」，物理學和天體物理學的研究將變得更為「撲所迷離」，「混合場」是一個艱難而有趣的物理問題。

（編譯：2013-6-18）

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