研究人员讨论引力波如何暗示暗物质和大爆炸之谜

引力波是爱因斯坦近一个世纪前预测的时空涟漪，于 2015 年首次被探测到。加州大学河滨分校物理学和天文学副教授崔亚努领导的一项新研究报告称，非常简单的物质形式可以在大爆炸后不久产生可探测的引力波背景。

“这种产生可探测引力波背景的机制可能有助于解释脉冲星计时天文台最近捕捉到的令人费解的引力波信号，”崔说。“另一个令人兴奋的暗示是，这种物质形式可能被确定为暗物质，这种神秘物质被认为构成了宇宙的大部分质量，几十年来一直困扰着科学家。”

这项研究发表在《物理评论快报》上，为利用最大的实验室——宇宙本身来发现新的基础物理学铺平了道路。在接下来的问答中，崔回答了有关这项研究的几个问题。

这些非常简单的物质形式是什么?

简单形式的物质是一种超轻标量场物质。标量意味着物质没有内部旋转(自旋)，它类似于希格斯玻色子。这些形式的物质非常轻，每个物质的质量都是电子质量的百万分之一甚至十亿分之一。由于它们的质量非常小，它们的行为更像是波而不是粒子，它们遍布宇宙。

引力波( GW) 需要具有足够高的强度，类似于电磁波，以便当前的实验具有足够的灵敏度来捕捉它们。此外，它们需要处于这些实验敏感的频带内;到目前为止，由于技术限制，只能检测到某些范围的引力波频率。

这些简单形式的物质会在大爆炸后不久产生可探测的引力波辐射背景，而其他时间则不会?

是的，引力波是在宇宙膨胀率接近标量场质量的时代产生的。超过这个点，引力波就会停止，因为粒子的产生会在某个时刻被内部机制关闭。当我说大爆炸后不久时，它仍然是在那之后的几分之一秒。大爆炸之后很久，可能会有来自黑洞合并等天体物理源的引力波产生，激光干涉引力波天文台观测到了这一点。

为什么这些简单的物质形式直到现在才为人所知?

除了超弱引力相互作用外，它们不会以其他方式与已知物质相互作用。我们展示的引力信号是检测它们的方法。但如果它们是暗物质，我们已经从暗物质的一般证据中知道了它们。同样，因为它们只与可见物质发生引力相互作用，这种相互作用非常弱，我们之前对它们了解不多。

您说将这种简单的物质形式认定为暗物质将是一件令人兴奋的事情。是因为我们最终会知道暗物质是由什么构成的吗?

是的，这是亮点之一。但同时，产生可探测的引力波也并非易事，我们发现一种简单的物质形式(可能是暗物质)可以产生这样的引力波——这是一项重大的理论成就。此外，如前所述，去年令人费解的脉冲星计时发现可以用这种机制来解释。

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