暗物质与暗能量

弱作用大质量粒子

/ wimp /

如果暗物质是一种新粒子,它会是什么样?几十年来,领跑者有个朗朗上口的名字:WIMP,是「弱相互作用大质量粒子」的缩写。这名字本身就是一张清单。「大质量」意味着它很重——也许是质子质量的几十到几千倍。「弱相互作用」意味着它感受引力和弱核力(四种基本力之一,某些放射性衰变背后的那种力),却不感受电磁力,所以它不发光,几乎毫无阻碍地穿过普通物质。

WIMP 之所以如此诱人,是因为一个被物理学家戏称为「WIMP 奇迹」的巧合。如果这类粒子存在于炽热的早期宇宙、并以弱力允许的速率彼此湮灭,那么今天残留下来的数量会自然而然地恰好等于我们实际所需的暗物质数量——无需任何精细调节。此外,若干为扩展粒子物理而提出的理论(尤其是超对称)都把一个稳定的、弱相互作用的大质量粒子当作一种附赠的预言,使 WIMP 从两个方向看上去几乎是必然的。

然而,尽管如此优雅,WIMP 却固执地不肯露面。为捕捉 WIMP 轻撞原子核而建的地下探测器、试图产生它们的粒子对撞机,以及搜寻 WIMP 在太空中湮灭之辉光的望远镜,在三十多年里全都一无所获,排除了最自然的质量区间中的大片范围。这并不证明 WIMP 不存在,却给整个领域的信心降了温,促使许多研究者远更认真地对待轴子等其他候选者。

XENONnT 等实验在地下深处的罐子里灌入数吨超纯液氙,等待一个路过的 WIMP 撞一下氙原子核,产生微弱的闪光和几个电子。运行多年后,没有出现令人信服的 WIMP 信号,从而收紧了 WIMP 相互作用强度的上限。

几十年来 WIMP 搜寻的空手而归,挤压了(但尚未扼杀)WIMP 假说。

WIMP 是一类候选者,而非已确认的粒子。屡次未能探测到它,对它构成了沉重的约束,却未将其彻底排除——这也把注意力转向了轴子等替代方案。

又称
Weakly Interacting Massive ParticleWIMP(弱相互作用重粒子)