暗物质理论研究进展
暗物质与暗能量研究新进展_蔡荣根
暗物质与暗能量研究新进展◇蔡荣根 周宇峰中国科学院理论物理研究所,北京100190收稿日期:2010-5-5 修回日期:2010-5-12本文作者:蔡荣根,研究员,c a i r g @i t p .a c .c n ;周宇峰,副研究员,y f z h o u@i t p .a c .c n 。
研究资助:国家973计划项目(2010C B 833000)。
摘 要 本文简要回顾了暗物质和暗能量研究的历史。
重点综述了暗物质实验探测的最新进展和理论研究动态,对各种可能的暗能量模型进行了比较介绍。
最后对我国暗物质和暗能量方面的研究进行了介绍和展望。
关键词:暗物质 暗能量中图分类号:O 41 文献标识码:A文章编号:1009-2412(2010)03-0003-07D O I :10.3969/j .i s s n .1009-2412.2010.03.001一、引 言 20世纪的几个重大发现彻底改变了人们对于宇宙的认识。
20年代末,哈勃发现我们的宇宙不是静态的,而是在膨胀。
这一发现开启了现代宇宙学的研究;90年代末,美国的两个超新星(S N e )研究小组根据他们的观测数据发现我们的宇宙正处于加速膨胀之中。
宇宙的加速膨胀表明宇宙中存在着暗能量;而早在30年代Z w i c k y 通过对星系团中星系的速度弥散度的研究,推断出宇宙中存在着大量的暗物质。
目前的天文观测表明,宇宙中可见的重子物质仅占宇宙总能量组成的4%左右,看不见的暗物质占23%,而宇宙中占能量组成73%的成份是以看不见的暗能量形式存在的。
暗物质是什么?暗能量的本质是什么?这些是当前宇宙学家和理论物理学家面临的重大问题。
诺贝尔奖获得者李政道先生认为理解暗物质和暗能量是21世纪科学的大挑战。
目前世界上的科技强国都在集中大量的人力、物力和财力研究暗物质和暗能量。
例如,美国国家图1 天文观测对宇宙中暗物质和暗能量的限制[1]研究委员会在2002年由19名权威物理学家和天文学家联合执笔的报告中列出了新世纪要解答的11个科学问题,其中“什么是暗物质”和“暗能量的性质是什么”被分别列在第一和第二位。
宇宙黑暗能量与暗物质的研究进展
宇宙黑暗能量与暗物质的研究进展宇宙是一个充满奇妙和未知的地方，我们对它的了解仍然只是冰山一角。
其中两个最为神秘的存在就是黑暗能量和暗物质。
它们的存在对于我们理解宇宙的本质和演化起着至关重要的作用。
近年来，科学家们在这一领域取得了一系列重要的研究进展。
首先，让我们来谈谈黑暗能量。
黑暗能量是一种被认为填充整个宇宙的神秘能量。
它被称为“黑暗”，是因为我们无法直接观测或测量它，只能通过其对宇宙扩张的影响来间接推测。
黑暗能量被认为是导致宇宙加速膨胀的主要原因。
在过去的几十年里，科学家们通过观测超新星爆炸、宇宙微波背景辐射等手段，发现了黑暗能量的存在。
然而，我们对其本质仍然知之甚少。
为了更好地理解黑暗能量，科学家们进行了大量的研究。
一种主流的理论是暗能量是一种恒定的能量密度，它填充了宇宙的每一个空间点。
这种理论被称为“宇宙常数”。
然而，宇宙常数面临着“宇宙学常数问题”，即为什么宇宙常数的值如此之小，远小于理论上预期的值。
科学家们一直在寻找解决这个问题的方法，但至今仍未找到确切答案。
另一种关于黑暗能量的理论是“动态暗能量”。
这种理论认为黑暗能量的密度随着时间的推移而变化。
根据这一理论，黑暗能量可能是由一种新的物质场产生的，这个物质场与宇宙中的其他物质场相互作用。
动态暗能量理论提供了一种解决宇宙学常数问题的可能性。
然而，这个理论仍然需要更多的实验证据来支持。
除了黑暗能量，暗物质也是宇宙中的一个谜。
暗物质是一种无法直接观测到的物质，但通过其对星系旋转曲线和宇宙大尺度结构形成的影响，我们得知它的存在。
暗物质被认为是构成宇宙物质的大部分，而普通物质只占宇宙总物质的很小一部分。
科学家们一直在努力寻找暗物质的粒子性质。
目前，最有希望的候选者是一种名为“弱相互作用粒子”的新物理粒子。
这种粒子与普通物质的相互作用非常微弱，因此难以直接观测到。
为了探测暗物质，科学家们建造了一系列高能物理实验设施，如大型强子对撞机（LHC）和暗物质直接探测实验（DAMA），希望能够捕捉到暗物质粒子的痕迹。
黑暗物质的研究现状与理论分析
黑暗物质的研究现状与理论分析宇宙中存在着许多神秘的现象，其中最备受关注的就是黑暗物质。
黑暗物质是一种无法观测到的物质，但它却对宇宙的演化有着至关重要的影响。
本文将对黑暗物质的研究现状与理论分析进行探讨。
一、黑暗物质的研究现状黑暗物质可以通过它对其他物质产生的引力相互作用来间接观测到。
近年来，随着天文学技术的不断进步，对黑暗物质的研究取得了许多重要进展。
1. 星系旋转曲线的研究星系旋转曲线是指星系内恒星的运动轨迹。
根据牛顿万有引力定律，星系内的恒星应该随着距离中心越来越远而速度减小，然而观测结果表明，恒星的速度却没有减小。
为了解释这一现象，科学家提出了黑暗物质的假设。
通过对不同星系的旋转曲线的测量分析，黑暗物质的密度分布和分布范围等信息可以得到相对准确的估计。
2. 宇宙微波背景辐射的研究宇宙微波背景辐射是指宇宙中存在的辐射，它是大爆炸的余热。
在对宇宙微波背景辐射的测量中，发现了微小的涨落，这说明了宇宙初始的密度不应该是全宇宙处处均匀的。
这与普遍存在的黑暗物质有关。
通过对涨落的分析，科学家可以推算出黑暗物质存在的分布情况和密度。
3. 引力透镜效应的研究引力透镜效应是指光线在穿过质量分布不均匀的物质时，会产生弯曲的现象。
根据质量分布的不同，弯曲的程度也不同，这使得科学家可以通过引力透镜效应的研究来推算质量分布。
在这种研究中，科学家使用了大量的观测数据和计算模拟技术，得到了黑暗物质的分布情况和浓度。
二、黑暗物质的理论分析虽然存在着丰富的观测数据，但关于黑暗物质的组成和性质等方面的细节却仍然存在许多猜测和争议。
目前，关于黑暗物质的理论研究主要集中在以下几个方面：1. 粒子物理学理论根据粒子物理学理论，黑暗物质可能是由一种新的基本粒子组成的。
这种粒子不和普通物质相互作用，因此难以被观测到。
根据现有的粒子物理学理论，最有可能的黑暗物质候选者是超对称粒子和中微子。
2. 暗物质的天文学特征暗物质通过引力相互作用影响着宇宙中的其他物质，这使得科学家可以通过暗物质产生的宏观影响来研究其性质。
物理学中的暗物质和暗能量的理论研究
物理学中的暗物质和暗能量的理论研究暗物质和暗能量是物理学中的两个重要概念。
它们并不是我们日常生活中所熟悉的物质和能量，因为它们无法被直接观测到。
然而，它们对于解释宇宙的演化和结构起着至关重要的作用。
本文将介绍暗物质和暗能量的理论研究的现状和未来方向。
一、暗物质我们知道，物质在引力作用下会相互吸引，从而形成各种天体。
不过，天体之间的引力作用是不够的，宇宙中应该还有不少物质存在，但它无法被直接观测到。
这种不存在于日常生活中的物质就被称为暗物质。
那么，暗物质究竟是什么？目前物理学家们还不能给出准确的答案。
但是，研究表明，暗物质可能是一种新的粒子，它们不参与强力和电磁相互作用，只参与弱相互作用和引力相互作用，因此难以被探测到。
目前，科学家们正在进行暗物质的探测研究。
最传统的方法是观测宇宙学的现象，比如宇宙微波背景辐射和宇宙射线等。
这些观测可以揭示宇宙大尺度的结构和成分。
此外，一些实验设备也被用来探测暗物质。
例如，世界上最大的实验设备之一，欧洲核子中心的大型强子对撞机（LHC），正在进行探测暗物质的实验。
未来，随着技术的发展，我们有望更好地理解并探测到暗物质的本质。
对于暗物质的研究，将有助于我们更加深入地理解宇宙的结构和演化。
二、暗能量暗能量是另一个物理学中的重要概念。
它是用来解释宇宙膨胀加速的原因。
我们知道，以前人们认为宇宙的膨胀速度在不断减缓，而现在的研究表明，宇宙的膨胀速度在不断加速，这被称为宇宙加速膨胀现象。
暗能量就是解释这种现象的一种理论概念。
暗能量是负压力的一种形式，其特点是，越来越快的扩张会不断增加宇宙中的暗能量。
由于暗能量具有反重力作用，因此它会推动宇宙的膨胀速度不断加速。
但是，即使到目前为止，科学家对暗能量的了解仍然十分有限。
暗能量的本质和它如何影响宇宙的膨胀仍然是一个未解之谜。
三、未来展望随着技术的进步和研究的深入，未来有望更好地了解暗物质和暗能量的本质。
一些新技术和实验设备的发展，如欧洲空间局规划的“暗能量普查卫星”等，将可以提供更加精确的数据，从而推动我们对暗物质和暗能量的理解。
宇宙中的暗物质研究进展
宇宙中的暗物质研究进展宇宙是一个神秘而广袤的世界，其中隐藏着许多我们尚未完全了解的奥秘。
而其中最令科学家们困惑的问题之一就是暗物质。
暗物质是一种不与电磁波相互作用的物质，因此无法直接观测到。
然而，通过一系列精密的观测和实验，科学家们对暗物质的研究取得了一些重要的进展。
首先，让我们来了解一下暗物质的存在证据。
早在上世纪初，天文学家就通过观测星系旋转曲线的异常现象，推测出宇宙中存在着一种看不见的物质。
随后的多个独立观测结果也进一步证实了这一假设。
例如，通过对星系团的观测，科学家们发现星系团中的星系运动速度远远超过了根据可见物质计算出的速度，这也是暗物质存在的一个重要证据。
为了更好地理解暗物质的性质，科学家们进行了一系列实验和模拟。
其中，重力透镜效应是研究暗物质的重要手段之一。
通过观测远处天体的光线被大质量天体所弯曲，科学家们可以推断出暗物质的分布情况。
例如，在2018年，欧洲空间局的行星探测器“欧洲太空局”发现了一个被称为“牛顿十字”的重力透镜现象，这一发现为暗物质的研究提供了有力的证据。
此外，科学家们还利用粒子加速器进行暗物质的探索。
粒子加速器可以通过高能碰撞模拟宇宙的极端条件，从而产生暗物质粒子。
通过观测这些粒子的性质和行为，科学家们可以推断出暗物质的一些特征。
例如，欧洲核子研究中心的“大型强子对撞机”（LHC）就是一个重要的粒子加速器，科学家们使用LHC进行了大量的暗物质探索实验。
除了实验和观测，理论模型也为暗物质的研究提供了重要的支持。
目前，最为广泛接受的理论是冷暗物质模型。
根据这一模型，暗物质是由一种与普通物质不同的粒子组成的。
这些暗物质粒子在宇宙早期形成，并通过引力相互作用形成了星系和星系团等大尺度结构。
此外，一些理论还提出了暗物质和暗能量之间的相互作用，这也为解释宇宙加速膨胀提供了一种可能性。
然而，尽管取得了一些重要的进展，暗物质仍然是一个充满挑战的领域。
目前，我们对暗物质的性质和组成仍然知之甚少。
寻找暗物质的最新实验进展
寻找暗物质的最新实验进展暗物质是宇宙中一种神秘的物质，尽管占据了宇宙总质量的约27%，但至今我们还未能直接观测到它。
关于暗物质的研究源远流长，科学家们通过多种实验手段和理论模型试图寻找它的踪迹。
本文将从多个方面探讨寻找暗物质的最新实验进展，包括实验背景、当前的实验方法、取得的成果以及未来的研究方向。
一、暗物质的基础概念在深入讨论实验进展之前，我们首先需要了解什么是暗物质。
暗物质并不是一种普通的物质，它无法通过光子与电磁波相互作用，因此不可见。
尽管无法直接探测，暗物质的存在是通过其对可见物质引力效应来推测的。
例如，星系的旋转速度以及宇宙微波背景辐射等现象，都指向暗物质的存在。
二、暗物质的候选者科学家们提出了多种可能构成暗物质的候选者，其中最有前景的包括： 1. 弱相互作用大质量粒子（WIMPs）：这是目前广泛接受的一种暗物质候选者，它们通过弱相互作用与普通物质相互作用。
2. 轴子：这种假设粒子具有极小的质量，并且与电磁场和引力场相互作用非常微弱。
3. 超对称粒子：根据超对称理论，普通粒子都有对应的超对称粒子，这些粒子也被认为可能是暗物质的一部分。
三、当前实验方法在寻找暗物质方面，科研界主要采用了几种不同的实验方法。
这些方法可以大致分为直接探测和间接探测两大类。
1. 直接探测直接探测实验旨在探测暗物质粒子与普通物质发生碰撞所产生的信号。
近年来，一些著名的直接探测实验包括： - LUX-ZEPLIN（LZ）实验：位于美国南达科他州，这个实验使用超纯液体氙作为探测介质。
它旨在通过捕捉WIMP与氙原子核碰撞产生的光子和电子信号来寻找暗物质。
- XENONnT实验：这是一个安装在意大利地下的大型液态氙探测器，其目标同样是通过检测微小能量释放来寻找可能存在的暗物质粒子。
这些实验通常都会选择地下深处的位置，以减少来自地球表面的背景噪声和辐射干扰。
2. 间接探测间接探测旨在观察暗物质粒子消亡或相互作用时所产生的产物，例如伽马射线、宇宙射线等。
探秘宇宙黑暗物质与暗能量的本质与研究进展
探秘宇宙黑暗物质与暗能量的本质与研究进展1. 引言1.1 概述宇宙黑暗物质和暗能量是当前天体物理学和宇宙学研究中最为重要的两个课题。
自从二十世纪九十年代以来，科学家在观测和理论方面取得了突破性的进展。
黑暗物质与暗能量的研究是为了解释宇宙中观测到的各种现象和规律，进一步深化人类对宇宙结构、演化和本质的认知。
1.2 研究背景在过去几十年中，天文学家通过多种方法，如星系旋转曲线、引力透镜效应等观测手段，发现了大量无法通过常规物质解释的现象。
这些观测数据表明，在我们所见到的物质之外，存在着巨大数量的黑暗物质，并且宇宙正在以加速度膨胀。
为了解释这些现象，科学家提出了黑暗物质与暗能量的概念，并进行了深入研究。
1.3 目的及意义本文旨在探讨和总结目前关于黑暗物质和暗能量本质的研究进展，介绍它们的定义、特征以及被发现的历程。
同时，重点分析当前研究中存在的挑战，并提出未来可能取得突破性进展的方向。
通过对黑暗物质和暗能量本质的深入探索，我们可以更好地理解宇宙结构形成和演化的规律，推动天体物理学和宇宙学领域的发展。
最终，这也有助于人类对整个宇宙认知水平的提升。
2. 宇宙黑暗物质的本质与研究进展：2.1 定义与特征：宇宙黑暗物质是指一种无法直接观测到的物质，不发出、不吸收任何电磁辐射，与普通物质（如星体和行星）没有相互作用。
然而，通过对其引力效应的观测和分析，科学家们得出了关于宇宙黑暗物质存在的强有力证据。
宇宙黑暗物质在整个宇宙中占据着巨大比例，并且对于维持宇宙结构、星系形成以及宇宙演化等过程具有重要作用。
2.2 观测方法与发现历程：对于宇宙黑暗物质的研究主要依赖于间接观测手段。
其中，天体运动观测是最早也是最为经典的方法之一——通过监测星系或者星系团内恒星运动速度的变化来推测存在于这些星系或者星系团中的额外物质。
此外，在背景辐射剩余波谱（Cosmic Microwave Background, CMB）的观测中，科学家们也发现了关于宇宙黑暗物质的重要证据。
暗物质理论研究进展
暗物质理论研究进展暗物质是指一种没有任何电磁相互作用的物质，它不发光、不吸收光、不反射光，因此无法直接观测到。
然而，暗物质的存在可以从宇宙学、天体物理学和粒子物理学等领域的研究结果中间接推断。
目前，暗物质理论研究已取得了一定的进展。
下面将从宇宙学、天体物理学和粒子物理学三个方面进行介绍。
1.宇宙学研究进展：宇宙学研究使得人们能够通过观测宇宙背景辐射、星系团和宇宙大尺度结构等来推断暗物质的存在。
通过对宇宙微波背景辐射的观测，研究人员确定了宇宙的总质量以及暗物质的占比。
此外，通过观测星系团的速度分布，可以推断出星系团中存在大量的暗物质，因为根据牛顿定律，只考虑可见物质是无法解释星系团的观测结果的。
这些观测结果提供了间接证据，支持暗物质理论的存在。
2.天体物理学研究进展：天体物理学是通过观测天文现象来研究暗物质的性质和分布。
例如，通过测量星系旋转曲线，研究人员发现星系旋转速度与可见星系的质量关系不匹配。
这意味着星系中存在大量的暗物质来解释这个现象。
此外，通过观测星系碰撞的效应，研究人员也发现星系之间的引力作用远超过可见物质所能解释的范围。
这些观测结果加强了暗物质的存在性。
3.粒子物理学研究进展：粒子物理学是研究基本粒子及其相互作用的学科，也提供了暗物质存在的理论支持。
暗物质理论通常认为它是由一种或多种新的基本粒子构成的。
目前有一些候选粒子被提出，如超对称粒子和辐射弱相互作用的轻子（WIMP），这些粒子具有适合解释暗物质存在的特性。
实验中，科学家利用加速器和探测器寻找这些候选粒子，但目前仍未成功探测到暗物质粒子。
未来几年，粒子物理实验将继续进行，这有望在暗物质物理学方面取得重要突破。
综上所述，暗物质理论研究在宇宙学、天体物理学和粒子物理学等领域取得了一些进展。
尽管暗物质本身无法直接观测到，但通过建立各种间接证据和模型，人们已经得到了相当强有力的证据支持暗物质的存在。
未来的研究将进一步探寻暗物质的性质和构成，以进一步了解宇宙的演化和结构。
暗物质生物学相关研究进展
暗物质生物学相关研究进展暗物质是天文学领域热门的话题之一，而暗物质生物学则是近年来备受研究关注的新兴领域。
暗物质生物学，是指利用生物巨分子结构和功能的知识，研究暗物质特殊性质对生命正常运转的潜在影响。
本文将介绍暗物质的基础知识，探讨暗物质与生物学的关系，并总结目前的研究成果和展望未来的研究方向。
1. 暗物质基础知识暗物质是一种尚未被发现的一类物质，不像我们生活中体验到的常规物质，无法发出或反射光与电磁波相互作用，因此也称为非电磁物质。
暗物质在宇宙中的总质量大约是可见物质的五倍以上，然而，科学家最初发现它的原因并非来自于它的本身性质，而是它对宇宙明显物质的引力影响。
暗物质的性质给天文学领域带来了巨大挑战，时至今日，科学家依旧在努力解答暗物质的本质特征。
2. 暗物质与生物学的关系由于暗物质无法发出或反射电磁波，因此在生物学领域相对较为少见。
然而，暗物质可能会影响宇宙的整体特性，从而使得宇宙环境中的生物体受到影响。
此外，据研究表明，暗物质可能会诱导基因突变，导致突变环境中的生物表现出特定的表型和表达型。
3. 暗物质生物学研究进展目前，暗物质生物学还处于起步阶段，但是一些初步研究结果已经引起了关注。
例如，研究人员利用分子模型研究发现，暗物质可以与生物分子相互作用，从而影响生物活动。
此外，科学家还建立了一种暗物质生物模型，使其具有与地球生物类似的基本生物学特征。
这一模型可以作为研究暗物质如何影响生物活动的基础。
4. 展望未来在未来的研究中，我们需要深入探索暗物质与生物学之间的相互作用，以进一步了解它们之间的关系。
一个重要的研究方向是建立更多的暗物质生物模型，以更全面地研究暗物质的影响。
此外，我们还需要深入研究基因与暗物质之间的关系，以了解暗物质如何影响染色体组和基因表达，这在预测生物多样性和适应性上具有重要意义。
总结暗物质生物学是生物学领域的新兴研究方向，尽管仍处于起步阶段，但已经取得了一些突破性进展。
未来的研究需要进一步探索暗物质与生物学的相互作用，建立更多的暗物质生物模型，并深入研究暗物质与基因的关系，以进一步了解它们之间的相互影响。
宇宙中的暗物质及其研究进展
宇宙中的暗物质及其研究进展宇宙是一个神秘的存在，但是人类从来不缺席宇宙的探索。
其中，暗物质就是宇宙学研究中一个重要的问题。
暗物质以神秘的形态存在于宇宙中，它不散发电磁波，不能被光学望远镜直接观测到，只能通过引力相互作用来证明它的存在。
因此，暗物质被形象地称为“看不见的物质”。
暗物质读者可能没有太多接触，但它是宇宙学中一个热门的研究领域，可以说是宇宙学中一个最困惑的问题之一。
知道暗物质的存在，对我们掌握更多宇宙的完整性有很大的帮助。
那么现在我们来看一看什么是暗物质以及关于暗物质的一些研究进展。
一、暗物质的定义和性质暗物质是宇宙学家研究的一个问题，由于暗物质不能直接观测到，因此它依据的是物理学中引力定理，藉由引力作用于周围物体的运动，猜测它的存在。
暗物质不对光产生反应或散发电磁波，因此无法通过电磁波进行探测。
而它的显著特征是它猛烈的引力。
暗物质对小尺度的物体的引力作用微弱，但对于更大尺度的物体，例如银河系，它的影响可谓极强。
暗物质对银河系的作用形成了一个与可观测物质分布不同于的巨大的暗物质“晕”，正是这份“晕”的作用，才使银河系形成和稳定。
二、暗物质的研究进展1.暗物质被发现暗物质首先被意识到的是20世纪30年代。
那时的物理学家计算了一个大质量天体的引力应该是比目前的可见物质所能产生的力强得多，因此提出了暗物质的概念。
在20世纪80年代和90年代，银河系的高精度测量使得宇宙学家探测到宇宙中大量的暗物质泡泡，天文学上的暗物质问题才真正被认真挖掘起来。
2.暗物质是什么？宇宙学家已经确认了暗物质的存在，但目前尚无法确定暗物质是什么。
天体物理学家计算已知的暗物质无法源出银河系中大量暗物质，只是一个非常小的补充。
因此我们可以猜测存在着形形色色的暗物质，如亚原子粒子，尘埃，黑色物质等等。
3.当前暗物质研究的方法目前，人们主要通过间接发现方法来确认暗物质的存在。
这些方法包括通过观测宇宙辐射背景辐射的小扰动、恒星轮廓的微匆、来自宇宙射线的超新星爆发等。
宇宙黑暗物质探测研究进展
宇宙黑暗物质探测研究进展在现代宇宙学和天体物理学研究中，黑暗物质已经成为一个重要的研究课题，它仍然是人类尚未破解的重要难题。
黑暗物质是指一种具有质量、但不发射、吸收或反射可见光的物质，它不能通过目前已有的仪器直接探测。
但实验和理论越来越明确，黑暗物质不仅存在，而且对宇宙的结构演化有巨大影响。
随着技术的不断发展和观测手段的提高，宇宙黑暗物质探测研究已经成为重要的科学热点之一。
一、黑暗物质的存在证据黑暗物质的存在最早是由星系旋转曲线的观测得到的间接证据。
根据引力定律，一个星系的可见物质分布应该足以支撑星系内恒星和气体的运动状态，但是实际测量发现，恒星和气体花费的引力微不足道，只有一个相当于可见物质的小比例。
这就意味着，必须存在某种大量存在却不可见的物质，才能解释这些关于星系旋转曲线的观测结果。
此外，宇宙微波辐射背景辐射的观测结果也支持黑暗物质的存在。
宇宙微波辐射是从宇宙中心流向各个方向的光子辐射，是我们能够探测到的最早宇宙形成时的余辉。
通过Cobe卫星等可靠观测手段，科学家们发现，辐射的温度在不同的观测方向上有微小但明显的差别，这就说明了宇宙微波辐射的温度扰动具有空间各向异性。
即宇宙微波辐射开起成像的支撑，可能就是宇宙初始的小扰动结构产生的。
这些小扰动的起源被认为是更早期的宇宙学时期，它们对可见宇宙中的质量分布产生了重要影响，而这个质量分布就是由黑暗物质所主导的。
黑暗物质分布的差异是宇宙微波背景辐射温度扰动不同的主要原因之一。
二、宇宙黑暗物质探测方法目前，人类仍然没有发现黑暗物质的具体存在形态和结构。
但是，不同的探测方法都在不懈地寻找着黑暗物质的迹象。
主要的探测方法分为三类：基于引力效应的探测、基于黑暗物质直接探测实验和通过观测宇宙微波背景辐射寻找黑暗物质的踪迹。
基于引力效应的探测是通过利用黑暗物质的引力效应或间接效应来探测黑暗物质的存在。
例如，观测星系运动和形态、对星系的引力透镜效应的观测，都提供了黑暗物质存在的证据。
宇宙中的暗物质和暗能量研究进展
宇宙中的暗物质和暗能量研究进展宇宙中的暗物质和暗能量自上世纪末被科学家提出以来，一直是天文学研究的一个热点。
暗物质和暗能量并非观测到的物质和能量，而是一种只有通过我们间接观测得到的存在。
目前，在宇宙学和天文学界，暗物质和暗能量的存在已经被广泛认可。
本文将探讨宇宙中暗物质和暗能量的研究进展。
一、什么是暗物质和暗能量暗物质和暗能量是宇宙学领域中最重要的两个未解之谜。
暗物质用来解释银河系等宇宙结构的形成和稳定性，而暗能量则用来解释宇宙膨胀的加速。
暗物质和暗能量是一种只有通过我们间接观测得到的存在，不能直接看到，但它们确实存在。
暗物质是指不与光子相互作用的物质，无法反射、吸收和发射光线。
它不会发射电磁波，也不会散发热量。
然而，我们可以通过物质引力对其他物体施加作用来观测和推测它的存在。
暗物质占据了宇宙物质总量的大约4/5，但这部分物质却不发光。
关于暗物质的重要性，人们一直在探讨，可以认为没有暗物质，也没有我们当前观测得到的宇宙。
暗能量也是一个未知的能量形式。
2011年，诺贝尔物理学奖颁给了贡萨雷斯-德拉斯卡达和斯契莱弗，以表彰他们对于暗能量研究的贡献。
暗能量是推动宇宙膨胀的一个假想能量形式。
暗能量占据了宇宙总能量的约70%。
二、暗物质的研究现状对于暗物质的研究，科学界进行了多种探测和观测方式，例如天体物理学、宇宙学、粒子物理学等。
其中一些重要的观测和探测手段包括：1. 引力透镜：暗物质会导致弯曲和扭曲光线的路径，从而产生引力透镜效应。
通过观测到这些效应，我们可以间接地测量暗物质含量。
2. 真空泡：在暗物质存在的情况下，宇宙中形成结构的速度应该比没有暗物质快，因为暗物质的存在会加速结构的形成。
真空泡就是利用这个特性探测暗物质。
3. 暗物质搜索实验：目前已经有多项关于粒子暗物质的搜索实验正在进行，包括在地下和深空中。
4. 暗物质颗粒检测：在实验中，科学家们寻找暗物质颗粒与常规物质相互作用的痕迹。
许多实验都致力于寻找这些痕迹。
主流物理界对暗物质研究的现状
主流物理界对暗物质研究的现状暗物质是当前物理学界一个令人瞩目的研究领域。
尽管暗物质并不能被直接探测，但通过其对宇宙中可观测物质的引力作用的影响，物理学家们逐渐开始了解它的存在。
现在我们来看一下主流物理界对暗物质研究的现状。
首先，暗物质的存在是基于宇宙学的观察结果。
通过对银河系旋转曲线、星系团间的引力透镜效应以及宇宙微波背景辐射等观测进行分析，科学家们发现宇宙中存在更多的物质，远超过可见物质所能解释的程度。
这表明在宇宙中存在大量的暗物质。
其次，物理学家们已经提出了几种可能的暗物质候选粒子。
其中最为著名的是WIMP (Weakly Interacting Massive Particles，弱相互作用大质量粒子)。
WIMP是一种与普通物质仅通过弱相互作用进行交互的理论粒子，由于它几乎不与光子或其他粒子产生相互作用，因此很难直接探测到。
除WIMP之外，还有一些其他的暗物质模型，如轴子（axion）和中微子（neutrino）等。
第三，为了探测暗物质，物理学家们设计并建造了一系列的实验。
其中最著名的是地下实验，如LUX（Large Underground Xenon，大型地下氙仪）和XENON（Xenon Dark Matter Project，氙仪暗物质项目），它们采用液氙探测技术，希望能够通过探测暗物质与氙原子发生弱相互作用而间接探测到暗物质。
此外，还有一种直接探测暗物质的方法是使用加速器产生高能粒子撞击实验，如LHC（Large Hadron Collider，大型强子对撞机）等。
这些实验通过控制实验条件，模拟宇宙中的环境，试图在实验室中制造出暗物质与可见物质的相互作用，从而发现暗物质。
第四，近年来，人们还开始着手研究暗能量。
暗能量是宇宙加速膨胀的原因，据估计约占宇宙能量密度的70%。
虽然暗能量与暗物质是两个不同的物理问题，但它们共同构成了人们所称的“暗宇宙”。
目前，暗能量的研究还处于初级阶段，物理学家们正努力寻找可以解释它本质的理论。
揭秘宇宙之谜——暗物质探索的最新成果
揭秘宇宙之谜——暗物质探索的最新成果自古以来，浩瀚的星空总是激起人类无尽的好奇。
科学家们一直在尝试解读宇宙最深处的秘密，而其中最为神秘莫测的非暗物质莫属。
尽管我们无法直接观测到暗物质，它却不言自明地通过引力影响着星系的旋转、宇宙的大尺度结构形成，乃至整个宇宙的演化历程。
近年来，随着科技的飞速发展，人类在探索这一隐形宇宙成分方面取得了显著进展。
国际上多个科研团队利用地面和空间望远镜，通过对遥远星系的观测以及宇宙微波背景辐射的研究，不断收集关于暗物质性质和分布的数据。
最新的发现之一来自深场多波段天空观测，科学家们通过分析引力透镜效应，推断出在星系团后方存在的暗物质“晕”的质量分布情况。
这些研究提供了对暗物质密度分布及其与其他宇宙组分相互作用的新见解。
除了观测手段，粒子物理学家也在努力从理论和实验上来揭开暗物质的面纱。
大型强子对撞机(LHC)等粒子加速器试图通过高能碰撞实验产生暗物质粒子，虽然直到目前为止尚未直接探测到暗物质粒子，但相关的实验却在不断排除一些理论模型，缩小搜索范围。
值得一提的是，暗物质的间接探测也取得了突破。
通过探测高能宇宙射线以及伽马射线等信号，科学家们试图捕捉到暗物质粒子湮灭或衰变的迹象。
例如，伽马射线空间望远镜已经观察到某些宇宙区域发射出的高能伽马射线超出常规天体物理过程的预期，这或许与暗物质有关。
另一方向的研究聚焦于暗物质与已知物质之间的微弱相互作用，如暗物质风。
一些天文观测结果显示，高速运动的星系际气体受到未知力量的影响，这可能是由于暗物质的作用。
这类发现不仅挑战了我们对暗物质特性的理解，也为寻找其粒子性质提供了新的线索。
尽管我们对暗物质的认识还远远不够完整，但每一次的探测尝试和理论发展都为我们描绘出更加清晰的宇宙图景。
未来的研究将依赖于更高精度的观测设备和更为深入的物理理论，以期终有一日能够揭开暗物质这一宇宙构成之谜。
暗物质与暗能量研究进展
2007 年 1 月袁暗物质分布图诞生遥 2007 年袁美国暗物质研究评估小组成立袁该小组由美国国家航空 航天局(NASA)尧自然科学基金会(NSF)尧美国能源部(DOE)联合组成袁在 其发布的报告中指出袁 破解宇宙暗物质谜团具有极其重要的科学意 义袁并希望美国加大在暗物质研究方面的投入袁保持世界领先地位遥 2007 年 5 月 16 日出版的叶天体物理学杂志曳称袁约翰斯窑霍普金 斯大学天文学家小组利用哈勃太空望远镜袁探测到了位于遥远星系团 中呈环状分布的暗物质[3]袁成为最强有力的能证明暗物质存在的证据遥 2007 年袁日本成立了科维理宇宙物理与数学研究所渊简称野Kavli IPMU冶冤袁暗物质与暗能量是其研究的重要课题遥 并为其昴星团望远镜 (Subaru)升级 HSC 数字照相机袁成立了 PFS 合作组袁以进行高精度的 深空观测袁从而探索暗能量更多的细节遥 2008 年 9 月袁 吨量级的暗物质直接探测实验被列为欧洲天体粒 子物理联盟渊APPEC冤规划的 7 个天体粒子物理项目规划之首遥 2009 年 12 月袁迄今为止最有力的发现暗物质的证据在 Souden 煤 矿中被科学家发现遥 美国国家科学院在 2012 至 2021 天文及天体物理十年规划中袁将 暗物质与暗能量的探测列为主要的研究方向遥 美国自 20 世纪 80 年代以来通过宇宙背景探测者卫星渊COBE 卫 星冤袁威尔金森微波各向异性探测器渊WMAP 卫星冤先后对宇宙微波背 景辐射进行观测袁从而发现了暗能量的存在遥 斯隆数字巡天(SDSS)袁暗 能量巡天(DES)自 21 世纪开始通过对超新星和弱引力透镜的观测袁尝 试获得更多关于暗能量的信息遥 暗能量谱仪装置(DESI)尧广域红外巡 天望远镜(WFIRST)尧大型综合巡天望远镜(LSST)等期望在建成后能对 暗能量进行精密的测量遥 2013 年 4 月 4 日袁 在日内瓦欧洲核子中心诺贝尔物理奖获得者 丁肇中教授首次公布其领导的阿尔法磁谱仪渊AMS冤项目的第一个实 验结果要要 要已发现的 40 万个正电子可能来自一个共同之源袁 即脉冲 星或人们一直寻找的暗物质遥 2014 年 9 月 18 日袁在瑞士日内瓦举行的程林教授团队与丁肇中 合作的 AMS 项目重大成果发布会上袁最新研究成果野宇宙射线中过量 的正电子可能来自暗物质冶得以公布袁并在 6 个能证明暗物质存在的 有关特征中确认了 5 个遥 国外诸多探测暗物质尧暗能量的实验渊包括地面和空间冤正在筹建 或已投入运行,其中暗物质地下探测实验室多达 20 个;空间实验包括 高能 酌 射线实验望远镜(EGRET)尧意大利负载反物质探索和光核天体 物理学卫星渊PAMELA冤尧费米卫星和普朗克巡天者渊Planck 卫星冤及卫 星导航警戒卫星渊SNAP 卫星冤尧观测带电粒子的哈勃望远镜渊AMS02冤尧 大口径综合巡天望远镜渊LSST冤等;正在运行的大型强子对撞机(LHC) 也将有力地推动暗物质的探测[4]遥 3.2 国内暗物质尧暗能量的研究动态 我国对暗物质和暗能量的研究非常重视遥 国务院在 2006 年制定 的叶国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020 年)曳里面定义了 8 个基础研究前沿领域袁野暗物质和暗能量的本质冶是野物质深层次结 构和宇宙大尺度物理学规律冶领域内的主要研究方向之一遥 2008 年袁由中科院牵头袁中国科学家团队制订了渊下转第 345 页冤
暗物质研究及未来发展趋势
暗物质研究及未来发展趋势随着科学技术的发展，人们对于宇宙的了解越来越深入。
然而，人类探索宇宙的历程还远远没有结束。
其中一个最重要的任务就是研究暗物质。
暗物质对于我们来说，是一个神秘而又神秘的存在。
这篇文章将讨论暗物质的定义、研究进展和未来发展趋势。
关于暗物质暗物质是指在宇宙中存在着的一种无法看见、无法检测、无法解释的物质。
这种物质对于宇宙的演化和结构组成有着重要的影响。
那么，我们如何得知宇宙中存在着暗物质呢？首先，我们可以看到宇宙中很多星系旋转的速度过快，远远超出了我们预测的范围，这说明了它们的质量应该比我们所看见的东西多很多。
其次，宇宙微波背景辐射也提供了暗物质存在的证据。
最后，暗物质的存在也能够解释大尺度结构的形成和整个宇宙的演化。
研究暗物质的历程1. 初步认识在20世纪初，博士生James Jeans提出，宇宙的质量远比他所观察到的物质多得多。
他推测这些附加的物质必定存在于星系之间。
1929年，Edwin Hubble观察到一个星系远离地球，从而证明了宇宙的膨胀。
根据宇宙学规律，宇宙应该有足够的质量存在，从而保证星系团的形成。
2. 暗物质的重要性1960年代，研究员Vera Rubin发现，无论星系的大小如何，它们旋转的速度都是相等的。
这意味着星系内部必须有很多额外的质量，这就是暗物质应用的第一条证据。
事实上，粒子物理学的标准模型只能解释宇宙中约5%的质量，其余的质量都被归类为暗物质和暗能量。
3. 推断暗物质特性目前，暗物质的组成仍然是未知领域。
然而，科学家们已经推断出它的一些特性。
据信，暗物质是由一种或多种粒子组成的，这种粒子与普通物质的相互作用非常微弱，几乎无法被探测。
它们的质量可能比已知的物质轻得多，因此不被探测也就不足为奇了。
未来的发展趋势在未来的数年里，关于暗物质的研究将更加深入。
以下探讨几个主要的趋势：1. 下一代探测器未来，科学家们将使用下一代探测器寻找暗物质，包括更低的质量范围，比如轻子暗物质，同时也将搜索更高质量的物质。
天体物理学中暗物质的研究进展及其意义
天体物理学中暗物质的研究进展及其意义天体物理学是研究天体及宇宙间物质组成、运动、能量输送和天体现象的学科。
天体物理学的研究对象包括行星、恒星、星系、星云、黑洞、宇宙微波背景等。
在这些天体的研究过程中，科学家意外地发现了一些矛盾、困惑和问题。
例如，太阳系内的恒星和行星在行星轨道上运动的速度是可以测量的。
因为万有引力定律的存在，恒星和行星在公转运动时，最远点的速度最小，而最近点的速度最大。
然而，这与银河系内恒星的运动情况不符。
在银河系中，当离心力平衡万有引力时，恒星的轨道速度应该符合开普勒定律。
但是，通过星系中恒星的速度测量，我们发现轨道速度与恒星的密度无关。
这个发现表明了银河系确实存在着一种奇异的物质，这种物质被称为暗物质。
暗物质的存在意味着宇宙中只有4%的物质是我们能够看到和观测到的。
另外的95%是由暗物质和暗能量组成的，这些都是我们不能直接观测到的。
这是一个令人惊奇的事实。
暗物质到底是什么，它是如何影响宇宙演化的呢？目前，科学家们对暗物质的理解还不完全。
暗物质可能是由普通物质组成的，只是不发射或不吸收电磁辐射，因此是不可见的。
或者，暗物质是由一些新的粒子组成的，这些粒子是不稳定的，放射出来的能量又比较低，所以不容易被探测到。
为了研究暗物质，科学家们使用了多种不同的方法。
通过天文观测和数据分析，我们可以确定暗物质分布的区域和情况。
例如，在星系旋臂和星系团的研究中，暗物质的分布是比较均匀的，而在银河中心的暗物质含量则很高。
此外，一些实验室里的探测器也被用于寻找暗物质的踪迹。
例如，欧洲核子研究中心建立的地下实验室使用了一些非常敏感的探测器，可以探测到来自暗物质粒子的微小信号。
通过这些方法，科学家们正在逐步揭示暗物质的性质和分布情况。
暗物质对宇宙的影响是巨大的。
它可以影响星系的形成和演化，可以影响银河系的结构和运动，可以影响宇宙的膨胀和演化。
因此，理解暗物质和掌握暗物质的运动规律对于我们更好地理解宇宙的起源、演化和结构都是至关重要的。
近期发现的宇宙黑暗物质研究进展
近期发现的宇宙黑暗物质研究进展宇宙是人们无法完全探索的神秘空间，其中不仅有人类熟知的星球、恒星、星系等天体，还有一个不为人类所能直接察觉的存在——黑暗物质。
黑暗物质是构成宇宙物质的关键部分，具有重要的宇宙学意义。
近年来，越来越多的研究成果揭示了黑暗物质的神秘面纱，本文将为您简要介绍近期发现的宇宙黑暗物质研究进展。
一、黑暗物质的定义和起源黑暗物质是指能够通过引力作用影响宇宙结构演化，但不能发射出电磁辐射，也不与电磁辐射发生作用的物质。
黑暗物质占据着宇宙总物质的大约五分之四，但我们却不能直接观测到它。
黑暗物质并不是单一物质，而是由多种暂时无法观测的物质组成的混合物。
黑暗物质最早的研究始于上世纪三十年代的天文观测，人们在研究星系运动规律时发现，星系内部的物质不足以维持星系的结构稳定，需要有额外的物质提供足够的引力作用。
随着技术的不断发展，科学家们发现黑暗物质和普通物质是以不同的形式分布在宇宙中的，而普通物质却占据着人类熟知的物质世界。
二、探测黑暗物质的方法虽然人类无法直接观测黑暗物质，但是黑暗物质对宇宙中的普通物质以及散射到普通物质上的光线都会产生微弱的影响，因此研究者们通过多种方法来发现黑暗物质的存在。
（一）引力透镜效应引力透镜效应是指由于宇宙中存在大量的黑暗物质，黑暗物质会对光线产生引力透镜的效应，使得光线偏转并成像。
通过观测被引力透镜效应影响的物体的形态和偏移情况，研究者们可以间接地推断出黑暗物质的分布。
（二）宇宙微波背景辐射宇宙微波背景辐射是宇宙最早的热辐射，也是人类观测宇宙的重要工具。
宇宙微波背景辐射的分布与大规模结构的形成有关，因此可以通过对宇宙微波背景辐射的测量来了解黑暗物质的分布和性质。
（三）暗物质粒子直接探测科学家们认为黑暗物质是由暗物质粒子组成的，因此通过直接探测暗物质粒子来了解黑暗物质的性质是一个重要的研究方向。
这种探测方式需要在地下或深空中建立灵敏的实验装置来探测暗物质粒子的存在。
暗物质研究的现状与发展
暗物质研究的现状与发展暗物质是指不发光、不与电磁场相互作用的物质。
它由于不发光，因此不能直接被观测，但是由于其引力作用可以影响天体运动，因此可以通过其引力效应间接检测到。
暗物质研究的现状和发展可以从以下几个方面展开讨论：一、研究方法和技术目前发现暗物质的方式主要有两种：一种是利用引力透镜现象观测暗物质分布，另一种是利用暗物质粒子与普通物质粒子的相互作用来检测暗物质存在。
其中，利用引力透镜现象观测暗物质分布已成为研究暗物质的主要手段之一。
引力透镜可以通过分析星系和星系团等物体的位置、形状、光谱等数据来确定引力场情况，从而确定暗物质分布情况。
而关于暗物质粒子的探测，则需要采用很多特殊的技术手段，例如超导探测器、公轴磁焦探测器等。
二、研究进展和挑战暗物质研究已经取得了一系列的成果。
1990年代初期，基于星系动力学观测，科学家们首次发现了暗物质存在的证据，证实了暗物质对宇宙结构的形成和演化起到了重要作用。
此后，越来越多的观测和试验得到证实，暗物质确实存在。
然而，暗物质粒子的寿命很长，很难通过实验进行检测，这仍然是暗物质研究的一大难题。
此外，暗物质的物理性质也尚未得到明确的解释。
针对这些难题，科学家们正在不断寻求新的研究方法和技术，例如在引力波探测中探究暗物质分布规律、开展超新星爆炸探测等。
三、未来前景未来暗物质研究的前景十分广阔，可以从以下几方面展开：一方面，随着技术的进步和发展，暗物质研究的方法和手段将变得更加先进、准确和可靠。
未来的引力波探测和超新星爆炸探测等技术都将为暗物质研究提供更多数据和信息。
另一方面，随着暗物质研究的深入，我们将更加了解宇宙的本质和演化规律，从而更加清晰地认识宇宙的起源和未来演化趋势。
总之，暗物质研究已成为现代天文学和粒子物理学的热点领域之一，前景广阔而充满挑战。
虽然研究过程中仍然存在着许多难题和限制，但是科学家们将继续不断尝试和探索，为我们揭开宇宙的奥秘带来更多的新发现。
粒子物理学中的暗物质研究
粒子物理学中的暗物质研究近年来，粒子物理学中的暗物质研究成为了科学界的热门话题。
暗物质是指在宇宙中存在的一种不与电磁辐射相互作用的物质，其存在和性质对于我们理解宇宙的演化过程和结构起着至关重要的作用。
本文将从暗物质的发现历程、性质和研究方法等方面展开探讨。
首先，暗物质的发现历程令人着迷。
20世纪初，天文学家通过观测星系旋转曲线发现了一种奇特的现象：星系的旋转速度在远离中心的地方并没有像预期那样减小，而是保持恒定。
这一现象无法用已知的物质解释，于是科学家提出了暗物质的概念。
随后，通过天文观测和宇宙微波背景辐射的研究，科学家们逐渐确认了暗物质的存在。
暗物质的性质也是研究的重点之一。
目前，科学家们普遍认为暗物质是由一种或多种未知粒子组成的。
这些粒子与我们所熟知的物质粒子之间没有电磁相互作用，因此无法直接观测到。
然而，通过间接的观测手段，如宇宙射线的探测和粒子对撞机的实验，科学家们已经收集到了一些关于暗物质性质的线索。
例如，暗物质粒子可能具有质量，但质量较小，且运动速度较快。
此外，暗物质粒子还可能具有超对称性，这是一种理论上的假设，可以解释暗物质与普通物质之间的关系。
研究暗物质的方法多种多样。
天文学家通过观测宇宙中的星系、星团和宇宙微波背景辐射等来间接推测暗物质的存在和分布。
例如，通过测量星系的运动轨迹和引力透镜效应，可以推断出星系中的暗物质分布情况。
此外，科学家们还利用地下实验室建造了一系列的暗物质探测器，试图直接探测暗物质粒子。
这些实验器件通常采用高灵敏度的探测器，通过测量暗物质粒子与普通物质之间的微弱相互作用来间接探测暗物质。
随着技术的不断进步和实验手段的不断完善，暗物质研究取得了一系列重要进展。
例如，欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）在2012年发现了一种新粒子，被认为是标准模型中预测的希格斯玻色子。
这一发现不仅为粒子物理学领域带来了重大突破，也为暗物质的研究提供了新的线索。
科学家们希望通过进一步的实验和理论研究，揭示暗物质的本质和性质，从而更好地理解宇宙的演化和结构。
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暗物质模型构造
如何实现暗物质的稳定性？
1.
引入额外分立对称性
1. 2.
最小超对称，额外维度，little Higgs 等 Z_2对称性 利用宇称（P），粒子-反粒子变换对称性（C） 规范场custodial对称性等
2.
利用量子场论基本对称性
P 和C等场论基本对称性及破缺与宇宙中重子物质的起源联系密切， 有可能也联系到暗物质的起源。 Wang,Guo,Wu,Zhou,Zhuang,PRD79,055015
岳骞上午报告
近期实验进展回顾：地下直接探测
CMDS-II Minimum cross section: 7.7*10^44 ( 3.8*10^-44 when combined with previous analyzed exposure ) @ 70GeV
Occur during a time of nearly ideal detector performance. Separated in time by several months and occur on detectors in different towers (T1Z5,T3Z4) Occur on inner detectors where we have a stronger handle of our background estimate Recoil energy:12.3keV(T1Z5),15.5keV(T3Z4) Confidence level ~77%, favor light DM <100GeV
预言新的宇宙线中微子源
Triplet 与同样强度耦合到轻子和中微子
中微子引起的up-going muon flux 可接近目前实验限
预言新的弥散伽玛射线源依赖于质量差
Inverse Compton scattering (ICS)
Guo, Wu, YFZ, arXiv:1001.0307
小质量差情况
对称性软破缺可导致暗物质粒子微小衰变
Generic soft C-breaking term
Guo, Wu, YFZ, arXiv:1001.0307
暗物质通过三重态 ( Triplet ) 衰变
Triplet通过Yukawa作用只耦合到轻子。 Triplet与规范粒子和希格斯粒子作用被压低。 对中微子和弥散光子流强有新贡献，有可以被
SM SM 2HDM Scalar DM
Stability set by hand
Left-right models with scalar DM （C，P 对称性自发破缺）
e.g.
LRM
Scalar DM
Stability protected by CP
Guo, Wang, Wu, YFZ, Zhuang,PRD79,055015(2009);
Constraints? Fine tuning?
Luo, Wang,Wu,Zhu, 0911.3235
DM分布局部不均匀性 Sommerfeld效应 共振态效应
Guo,Wu, PRD09
Guo,Wu, Zhou, in preparation
Galactic diff. gamma-ray Subhalo structure CMB
一类最简单的暗物质模型
Minimal models for DM （C，P 对称性明显破缺）
e.g. Silveira, Zee, 1985 McDondald, 1994, Burgess, Pospelov & Veldhuis, 2001 Barger,Langacker, KcCaskey, 2007 Shafi, Okada, 2009 He,Li, Tsai, 2007,2009
WIMP 类型 LSP: neutrilinos, sneutrinos, gravitinos, axinos LKP: Little Higgs models: 非WIMP 类型 Axions SuperWIMP, Wimpzilla, Qball, ….
WIMP: 来源于热力学退耦剩余丰度， 质量及相互作用强度在电弱能标附近
Boost factor 来源: 量子索末菲效应
暗物质之间的长程吸引相互作用可导致低温时暗物质湮灭截面提高 （零质量极限）
存在的限制 长程力可导致暗物质分布结构变化 影响暗物质剩余丰度 产生大的增强因子需要一定的 fine tunning Yuan, Bi, Liu, Yin, Zhang and Zhu, Astro-ph/0905.2736
大质量差情况
ICS
Final state radiation (FSI)
ICS FSI VIB FSI VIB
Virtual internal bremsstrahlung (VIB)
ICS FSI VIB
ICS FSI VIB
总结和展望
近期空间及地下暗物质实验和LHC的重新启动推动当前 国内外暗物质的理论研究处于非常活跃的状态。 国内已经在暗物质模型湮灭/衰变模型构造（如左右对称 模型，超对称SU(5), 扩展的最小超对称）；暗物质的湮灭机制 （如 Sommerfeld 效应，Breit-Wigner 共振态增强效应）实验 结果的唯象分析（模型无关暗物质的轻子衰变分析及整体拟 合， 弥散光子信号，高能中微子信号）等方面开展了研究工 作，取得了一批成果。 研究发现暗物质的稳定性可以来自量子场论的基本对称 性，可在左右对称模型中实现。 该模型可解释PAMALA, Fermi/ATIC 等结果并对中微子及光子信号给出预言。 将进一步在暗物质起源，暗物质探测，和相关新物理唯 象，LHC上的暗物质产生及探测等当面开展工作，并推 动我国的暗物质地下及空间探测实验研究。
暗物质理论研究进展
周宇峰
中国科学院理论物理研究所 973项目启动会，2010/03/18-19，北京
973子课题一 暗物质理论与新物理唯象
首席：吴岳良 课题负责人：周宇峰 学术骨干：罗民兴，何红建，吕才典， 刘纯，廖益，毕晓军，郭万磊 研究生：数十名博士/硕士研究生
暗物质发现的早期历史
1933, Zwicky found a large mass-to-light ratio ~400 from velocity dispersion in the Coma cluster. The first indication of dark matter. 1936, Smith found unexpected high mass in the Virgo cluster. 1939, Babcock found that the outer region of Andromeda galaxy rotates with a high speed. 1959, Kahn and Woltjer inferred from the relative motion between M31 and our Galaxy that the Local Group is much heavier than expected. 1970, Rubin and Ford measured the rotation curve in M31 with unprecedented precision and at large distance (24kpc), clearly showed the existence of DM or deviation of Newton’s law of gravitation.
CoGent CDMS-II
Incompatible with zero. Fit details:
地下直接探测实验显示有轻的暗物质的可能迹象，但有待确认
宇宙线粒子能谱超出的可能解释
天体物理解释？
Pulsar, SNR,… CR interactions
Hu,Yuan,Zhang,Wang, Fan,Bi,0901.1520
实验检验的新预言
解释正负电子超出
DM 质量主要影响 “峰”的位置。 DM 寿命主要影响 “峰”的高度。 末态为 轻子时 能谱较平滑，接近 Fermi 结果。 电子末态谱的结构 较突出，接近ATIC 结果。
Guo, Wu, YFZ, arXiv:1001.0307
Guo, Wu, YFZ, arXiv:1001.0307
暗物质解释？
较大的暗物质作用截面
Yin, Yuan, Liu, zhang, Bi, Zhu, Zhang, arXiv:0811.0176 Liu, Yuan, Bi, Li, Zhang, 0906.3858
主要末态为轻子,夸克末态 必需被压低
暗物质湮灭 WIMP
Boost factor ？
暗物质衰变
arXiv:0912.3592; Sciencexpress
CoGeNT 实验结果
岳骞上午报告 arXiv:1002.4703
Germanium based 440g p-type point contact (PPC) detector
DAMA
Low threshold energy 0.4 KeV Favor DM mass 7-11 GeV With confidence level ~90%
左右对称模型中暗物质的稳定性
Wang,Guo,Wu,Zhou,Zhuang,PRD79,055015
规范对称群： 粒子内容（标量部分）
DM particle
P 和 CP 变换性质
对称性禁戒的相互作用-〉暗物质粒子稳定
模型中粒子间相互作用
Before symmetry breaking
dominant part: C- and P-even
tiny part: C-odd
Guo, Wu, YFZ, arXiv:1001.0307