科技日报记者 张梦然
一项新模拟研究通过正确计算早期宇宙等离子体，扩大了对“暗光子”这类暗物质的搜寻范围。来自美国马里兰大学、加拿大周界理论物理研究所等机构的研究团队，重新审视了暗光子与普通光子转换过程中的等离子体效应，发现原本被排除地带如今重获暗物质搜索价值。相关论文发表于最新一期《物理评论快报》。
暗光子是一种仍在假设阶段的粒子，被视为暗物质的主要候选者。理论上，暗光子与普通光子之间存在着微弱混合，使二者可以互相转化。在宇宙极早期，空间充满高温带电粒子气体，即等离子体。旧模型假定，暗光子在一定频率下能与等离子体产生共振，迅速变成普通光子，并把能量交给等离子体，产生可观测的加热。
基于这种共振加热图像，研究者用宇宙学观测数据划出一片广泛的禁止参数区。按当时得出的结论，暗光子的作用强度必须弱于可能真实值的一亿分之一倍，才能与观测相容。
此次研究没有沿用过去那种线性化简化处理，而是把暗光子注入等离子体后的反应放进完整物理过程中进行数值求解。模拟显示，当能量开始转移时，等离子体并不会默默吸收，而是先被激发出强烈的大尺度集体振荡。这种振荡使带电粒子的分布变得高度不均匀，局部等离子体频率随之改变，原本满足的共振条件迅速失效。结果，能量交换在很短时间内饱和，总加热量只有旧模型预计的一小部分，远不足以触发过去的宇宙学限制。
根据新分析，受影响的质量范围跨越约十个数量级，从10-15电子伏到10-6电子伏，覆盖千赫兹至吉赫兹的无线电频段。这些原本几乎被排除的区间，如今被视为值得重新搜索的暗光子候选地带。对地面实验而言，射电望远镜、共振腔和低温探测器等低频设备，可以将这些参数重新纳入设计目标。研究团队强调，这不代表暗光子已被证实，而是说明原先划定的禁区过于严苛，需要由新的实验去判断。
研究团队认为，类似的模式也可能发生在中子星磁层、白矮星磁层等含有等离子体的极端环境中。新成果虽不提供暗光子存在的直接证据，但提供了更多机会去验证真实世界中是否存在这类粒子。
总编辑圈点
暗物质不参与电磁相互作用，既不吸收、反射，也不发射光，因此我们根本看不见它。在可见物质世界里，粒子种类丰富多样；那么，暗物质世界是否也同样存在多种粒子？这完全有可能。只是迄今为止，科学家始终没能找到暗物质本身。于是，暗光子——这种被理论假想出来的粒子，被视为打开暗物质世界大门的一把“钥匙”。它或许是一条找到暗物质的关键线索，或许根本不存在，但正是这种“可能存在”的悬念，推动着科学家不断突破认知的边界。
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