宇宙加速膨脹,可能是未知新粒子「軸子」從中作梗

作者 | 發布日期 2019 年 11 月 04 日 17:29 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


我們的宇宙自大爆炸以來一直在膨脹,而近代各項觀測更表明膨脹速度比預期中還要快,一種可能解釋是,宇宙正發生某些事情,從而改變了膨脹速率。最近義大利理論物理學家 Massimo Cerdonio 提出,很可能是一種稱為「軸子」的新粒子從中影響暗能量、暗能量再主導了整個宇宙的變化。

在天文學中,能幫助科學家理解當今宇宙膨脹速率的數字為哈伯常數,目前有很多種方法可以獨立測量出這個數值,比如研究特殊的 Ia 超新星(Type Ia supernova),由於這種超新星的峰值光度幾乎一致、視星等隨著距離而改變,因此很方便天文學家藉由測量 Ia 超新星來測量宿主星系與我們的距離、遠離的速率。

1998 年,天文學家更利用觀測 Ia 超新星得到的數據,證實宇宙膨脹速度正在加快,這意味著隨時間演變,其他星系遠離地球的速度也會持續增快。科學家不清楚是什麼原因所致,因此將這股加速的背後推手稱為暗能量(dark energy)。

除了利用超新星測量哈伯常數外,天文學家也能透過「宇宙微波背景」輻射來測量宇宙膨脹速度,但兩種計算結果卻出現可觀的誤差值;更奇異的是,這兩種測量方法都非常精準、沒有漏洞。

究竟有什麼神秘的東西躲藏在宇宙中發揮作用,才導致一方測量結果出現偏差?最多人同意的解釋是:某種新粒子正在以我們不了解的方式改變宇宙膨脹率。在現代量子物理學中,每種粒子都與自身特定量子場相關,而科學家懷疑暗能量與貫穿宇宙的各種量子場能量相關,假如暗能量改變了,意味著量子場本身已先改變。

義大利帕多瓦大學理論物理學家 Massimo Cerdonio 利用電腦模擬,計算暗能量變化所需的量子場變化量時,指出如果有新的量子場負責暗能量變化,代表宇宙中有一種新粒子存在,而這種新粒子的質量與目前假想中的軸子(axion)非常相像。

也許這種粒子早就存在於宇宙中,假如 Massimo Cerdonio 計算結果正確,說明軸子一直潛伏在宇宙背景中,科學家或許該想辦法往尋找軸子的方向檢測。新論文預印本可以先在《arXiv》網站上閱覽。

(首圖來源:pixabay

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