7、宇宙学中的暗物质、暗能量及相关研究

宇宙学中的暗物质、暗能量及相关研究

1. 暗物质的证据与探索

暗物质（DM）的存在主要通过星系旋转曲线和遥远光源的引力透镜效应推断得出。从星系旋转曲线来看，星系中超出可见恒星范围的物质速度分布，暗示存在有引力作用但不发光的物质，即暗物质。引力透镜效应中，前景星系的扭曲图像表明光线被不可见的物质偏折，这种物质也是暗物质。

目前对暗物质的搜索主要集中在弱相互作用大质量粒子（WIMPs）上。通常假设银河系相对于静止的暗物质有大约300 km/s的旋转速度，这使得暗物质WIMP相对于探测器具有一定的入射动能。探测器通过观测原子核的反冲来寻找暗物质信号，但由于反冲原子能量较小（约0.1 MeV），为减少宇宙射线背景和中微子通量，探测器通常位于地下深处。然而，十多年来，在使用核靶反冲进行的越来越灵敏的暗物质粒子搜索中，对于质量大于约10 GeV的粒子，尚未发现显著信号。

近年来，暗物质搜索范围已扩展到更低质量范围。例如，欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）正在积极搜索轻暗物质粒子，如希格斯玻色子衰变为光子和“暗光子”的模式。其他加速器或专用实验也在进行或计划中，以寻找轻暗物质粒子。还有提议使用射频技术搜索质量更低的轴子等可能的暗物质候选者。

以下是相关代码示例：

ly = 9.46 .*10 .^19; % m
T = 6.3 .*10 .^19; % period, sec
vdm = (2.0 .*pi .* 30000.0 .*ly) ./T; % galactic velocity m/sec
vdm = vdm ./1000; % km/sec
vdm = 283