暗物質，這種佔宇宙中大部分質量的難以捉摸的物質，可能是由被稱為引力子的大量粒子組成的，這些粒子在宇宙大爆炸後的第一時間就突然出現了。一種新提出的理論表明，這些假設中的粒子可能是來自額外維度的“宇宙難民”.

美國自然歷史博物館的海登天文館太空展”黑暗宇宙”中的一張圖片，突出了暗物質可能在我們的宇宙中無處不在的例子。在這幅來自一個詳細的計算機模擬的畫面中，黑色顯示的複雜的暗物質細絲像蜘蛛網一樣散落在宇宙中，而相對罕見的熟悉的重子物質團塊則被染成了橙色。這些模擬結果與天文觀測結果有很好的統計匹配。在一個也許是更可怕的轉折中，暗物質不再被認為是宇宙中最奇怪的重力來源。這一榮譽現在落到了暗能量身上，這是一種更均勻的排斥性引力來源，現在似乎主導了整個宇宙的膨脹。

研究人員的計算暗示，這些粒子可能以恰到好處的數量被創造出來以解釋暗物質，而暗物質只能通過其對普通物質的引力被”看見”。”巨大的引力子是由早期宇宙中普通粒子的碰撞產生的。”研究報告的共同作者、法國里昂大學的物理學家Giacomo Cacciapaglia告訴《生活科學》說：”這個過程被認為太罕見了，大質量引力子不可能成為暗物質的候選人。”

但是在2月份發表在《物理評論快報》上的一項新研究中，Cacciapaglia與韓國大學的物理學家Haiying Cai和Seung J. Lee發現，這些引力子在早期宇宙中就已經產生，足以解釋我們目前在宇宙中探測到的所有暗物質。

研究發現，如果引力子存在，其質量將小於1兆電子伏特（MeV），因此不超過一個電子質量的兩倍。這一質量水平遠遠低於希格斯玻色子為普通物質產生質量的規模–這對於該模型產生足夠多的希格斯玻色子以解釋宇宙中的所有暗物質來說是關鍵。(作為比較，已知最輕的粒子，中微子的重量不到2電子伏特，而一個質子的重量大約為940MeV）。

該團隊在尋找額外維度的證據時發現了這些假設的引力子，一些物理學家懷疑這些引力子與觀察到的三維空間和四維時間同時存在。

在研究小組的理論中，當引力通過額外維度傳播時，它在我們的宇宙中會變成大質量的引力子。

但是這些粒子只與普通物質發生微弱的相互作用，而且只通過引力。這種描述與我們所知道的暗物質極為相似，暗物質不與光相互作用，但在宇宙中到處都能感受到引力影響。例如，這種引力影響是防止星系飛散的原因。

“大質量引力子作為暗物質粒子的主要優勢是，它們只在引力上相互作用，因此它們可以逃避探測其存在的嘗試，”Cacciapaglia說。相比之下，其他被提議的暗物質候選者–比如弱相互作用的大質量粒子、軸子和中微子–也可能通過它們與其他力量和場的非常微妙的相互作用來感受到。

大質量引力子幾乎沒有通過引力與宇宙中的其他粒子和力量相互作用的事實提供了另一個優勢。”由於它們非常微弱的相互作用，它們衰變的速度非常慢，以至於在宇宙的壽命中保持穩定，”Cacciapaglia說，”出於同樣的原因，它們在宇宙的膨脹過程中慢慢產生，並在那裡積累到今天。”

過去，物理學家認為引力子是不太可能的暗物質候選物，因為創造它們的過程極其罕見。因此，引力子的產生率會比其他粒子低得多。

最早的恆星和星係是在大爆炸後的最初幾億年裡形成的，在這幅宇宙演變圖中可以了解到過程。

但研究小組發現，在大爆炸後的皮秒（萬億分之一秒）內，所產生的這些引力子要比過去的理論所認為的多。該研究發現，這種增強足以讓大規模引力子完全解釋我們在宇宙中檢測到的暗物質的數量。

Cacciapaglia說：”這種增強確實讓人震驚。讓我們不得不進行許多檢查，以確保結果是正確的，因為它導致我們考慮大質量引力子作為潛在暗物質候選者的方式發生了範式轉變。”

由於大質量引力子的形成低於希格斯玻色子的能量尺度，它們擺脫了與更高能量尺度有關的不確定性，而目前的粒子物理學並不能很好地描述這些能量尺度。

該團隊的理論將大型強子對撞機等粒子加速器研究的物理學與引力物理學聯繫起來。這意味著像歐洲核子研究中心的未來環形對撞機這樣的強大粒子加速器，應該在2035年開始運行，可以獵取這些潛在暗物質粒子的證據。