来自太阳的“幽灵”粒子可以直接将我们引向一个看不见的暗物质宝库

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By Paul Sutter

2023/9/23

The Sun

新的研究提出太阳可能在它的凶恶热的心脏中把持暗物质，而叫中微子的幽灵粒子可能会将我们引向它。

暗物质可能存在于太阳内。 (Image credit: NASA/JPL-Caltech/GSFC)

难以捉摸的暗物质粒子可能深潜伏在太阳的心脏内，研究人员已经发现我们能用一个埋在南极冰盖中的探测器来寻找它们。

暗物质是来自几十年宇宙学观测得出的不可逃避的结论。从星系内恒星的旋转速度到宇宙中的最大结构生长一切都指向存在某种目前物理学未知的罕见的与光或正常物质相互作用的粒子，尽管跨整个宇宙施加一个强大的引力影响。

到目前为止，我们还不知道这种暗物质粒子的身份。因此，以一个相对的缺乏确凿证据，理论家们已经提出了数十种关于暗物质可能是什么的建议。在其中一些假设中，暗物质真的与正常物质相互作用------但在最密集的宇宙环境中极端的罕见。

研究人员在8月23日发布在预印本数据库arXiv上的一篇论文中建议来自然的收集这种暗物质的好地方是太阳的内部，但尚未经过同行评审。太阳的核是令人难以置信的密------比铁更密20倍以上。自从大约45亿年前它的诞生以来，太阳一直环绕银河系中心。在这数十亿年里，我们的恒星一直在看不见的暗物质粒子海洋中游泳，这些粒子被认为构成我们银河系的大部分。

即便暗物质和正常物质之间的相互作用是超常的罕见，但太阳核的密度-----与它的极其古老的年龄结合------ 意味着它有足够多的时间让其中它的粒子与暗物质相互作用。这些相互作用会从暗物质粒子消耗掉能量，使它们减慢速度，直到它们在太阳核深处安顿下来。

位于南极的冰立方实验室，在2015年7月拍摄的这张照片中被星迹照亮。 (Image credit: IceCube Collaboration)

这些暗物质粒子刚好能在那里停留一秒钟或十亿年，直到它们在那个密集的环境中与另一个正常物质粒子相互作用。当这种情况发生时，暗物质粒子如果它足够重能衰变成一个其他更熟悉的粒子物种的阵雨。这些粒子中的大多数仍将被困在核内，在它们火热的环境中永无止境的狂热中弹跳。但一种粒子中微子是能够逃离太阳的。

中微子几乎就像暗物质一样。它们难以置信的轻（迄今为止已知最轻的粒子），没有任何电荷，几乎不与其他任何东西相互作用。为了探测中微子，科学家不得不建立巨大的实验室。这些探测器中最大的是冰立方，它用一整个立方公里（0.24立方英里）的南极冰盖作为一个测试室。当中微子击中水分子时它们创造一串沉入冰能检测到的粒子和光的雨。

太阳作为一个它的聚变反应自然的产生中微子。但在这篇新论文中，研究人员究因如果暗物质在太阳核内积聚，并且这些暗物质粒子蒸发成包括中微子在内的正常粒子雨，那么我们应该期待在冰立方探测阵列中来看到更多来自太阳的高能中微子。

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然而，目前来自太阳的中微子探测率与正常的聚变反应一致，这意味着如果暗物质确实存在并且目前正在太阳内部积聚，那么这些在暗物质粒子放上一个很大的限制

值得指出的是，这些是放在暗物质理论理论上的最高质量约束，研究人员指出，所有数据都只是坐在那里为其他目的收集。他们说，不是开发新的、昂贵的实验来搜索暗物质，而是我们应该设计聪明的来利用现有的实验的方法，因为我们永远不知道什么惊奇可能出现。

https://www.livescience.com/space/the-sun/ghost-particles-from-the-sun-could-lead-us-straight-to-an-invisible-trove-of-dark-matter

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