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研究早期宇宙中轴和暗光子之间的相互作用

  • 科学
  • 2020-07-02 08:37:30
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轴子和暗光子是揭示新物理学的两种最有希望的粒子类型。轴标量场解释了中子没有电偶极矩,而暗光子类似于负责电磁的规则光子,但它是巨大的且耦合弱得多。

过去,许多研究早期宇宙动力学的宇宙学家提出了针对轴或暗光子的理论。另一方面,仍然缺乏探索早期宇宙中这两种类型粒子之间相互作用的研究。

考虑到这一点,马里兰大学和约翰霍普金斯大学的研究人员最近进行了一项研究,旨在研究早期宇宙中轴与暗光子之间的相互作用。他们的论文发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上,研究了一系列实例,其中轴突与背景磁场中大量的深色光子混合。

“虽然有大量关于理论的宇宙学演化的文献,但只有这两个粒子之一,但我们有兴趣了解早期宇宙中这两个粒子的相互作用如何导致新的特征,并最终发现混合产生了有趣的行为,”进行这项研究的研究人员之一古斯塔沃·马克斯-塔瓦雷斯(Gustavo Marques-Tavares)告诉Phys.org。“我们观察到的新效果与其他更常见的混合类型完全不同。”

首先,马克斯-塔瓦雷斯(Marques-Tavares)和他的同事着手建立一种物理假设或直觉。为此,他们解决了通常用于复杂分析问题的特定方程式的简化版本。

一旦他们提出了一种物理直觉,他们就使用了称为WKB逼近和绝热逼近的两种数学技术来获得针对他们关注的问题的一组可能的解决方案。然后,研究人员将他们确定的近似解与精确的数值解进行了比较,发现两者相当吻合。

总体而言,他们认为,巨大的玻色子场之间的单导数混合可能会引起场动力学的实质性变化。更具体地说,它可能会延迟经典振荡的发生,从而减小甚至消除由哈勃膨胀(宇宙膨胀的速率)引起的摩擦。研究人员使用许多示例进一步描述了他们研究的现象,突显了轴和暗光子之间相互作用产生的可能性。

Marques-Tavares说:“在许多方面,光标量场和矢量场在宇宙演化中的行为更像是经典场,而不是量子粒子。”“我们发现,与不包括与暗光子混合的理论相比,我们的方法大大提高了轴突的振幅。由于存储在磁场中的能量密度随振幅的增加而增长,因此导致较大的最终能量密度。的公理,允许它来解释宇宙中所有的暗物质。”

该研究人员团队最近的工作引入了一些计算,这些计算着重强调了轴和暗光子之间的单导数混合的影响,而不是更典型的质量混合或动力学混合。Marques-Tavares和他的同事们提出的结果也突出了未来研究的新方向,旨在更好地理解粒子之间的单导数混合效应,特别是在早期宇宙中。在接下来的研究中,研究人员计划更紧密地研究暗光子,因为它们易于观察,因此已成为流行的暗物质候选者。

Marques-Tavares说:“众所周知,在早期宇宙中产生暗光子非常棘手,因此,要解释所有暗物质是一项挑战。”“使轴突数量增加的相同机制也可以用于增加暗光子的数量,从而使它们成为暗物质候选者。我们计划探索我们提议应用于暗光子的这一新机制。”

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