星係是如何誕生的，又是什麼將它們維繫在一起？天文學家認為，暗物質起著至關重要的作用。然而，到目前為止，還不可能直接證明暗物質的存在。包括慕尼黑工業大學（TUM）科學家在內的一個研究小組現在首次測量了來自星系深處的反氦源自核的存活率–這是間接尋找暗物質的必要前提。

許多事情都指向了暗物質的存在，例如星系在星系團中的運動方式，或者恆星環繞星系中心的速度，這些計算結果表明，存在的質量一定遠遠超過我們所能看到的。例如，我們的銀河系大約有85%是由一種不可見的物質組成的，只能根據其引力效應來檢測。到今天為止，仍然無法直接證明這種物質的存在。

一些暗物質的理論模型預測，它可能是由相互間弱相互作用的粒子組成。這就產生了反氦-3原子核，它由兩個反質子和一個反中子組成。這些核子也是在宇宙輻射與氫和氦等普通物質之間的高能碰撞中產生的–不過，其能量與暗物質粒子相互作用中預期的能量不同。

在這兩個過程中，反粒子都起源於銀河系的深處，離我們幾萬光年遠。在它們被創造出來之後，它們的一部分會向我們的方向前進。這些粒子中有多少能在這次旅行中毫髮無損地存活下來，並作為其形成過程的信使到達地球附近，這決定了銀河係對反氦核的透明度。到目前為止，科學家們只能夠粗略地估計這個數值。然而，改進透明度的近似值，作為衡量反核數量和能量的單位，將對解釋未來的反氦測量結果非常重要。

LHC粒子加速器可以作為反物質工廠

來自ALICE合作組織的研究人員現在已經進行了測量，使他們首次能夠更精確地確定透明度。ALICE是A Large Ion Collider Experiment的縮寫，是世界上最大的探索最小長度尺度的物理學的實驗之一。ALICE是歐洲核子研究中心的大型強子對撞機（LHC）的一部分。

LHC可以產生大量的輕質反核，如反氦原子核。為了做到這一點，質子和鉛原子被分別放在一個碰撞過程中。碰撞產生的粒子流，然後由ALICE實驗的探測器記錄。由於該探測器的幾個子系統，研究人員可以檢測到已經形成的反氦-3核，並跟踪它們在探測器材料中的踪跡。這使得量化一個反氦-3核與探測器材料相互作用並消失的概率成為可能。來自TUM和卓越集群ORIGINS的科學家們對實驗數據的分析做出了重大貢獻。

銀河係對反氦原子核是透明的

利用模擬，研究人員能夠將ALICE實驗的發現轉移到整個星系。其結果是。預計在暗物質粒子相互作用中產生的反氦-3原子核中，大約有一半會到達地球附近。因此，我們的銀河係對這些反核有50%的滲透性。對於在宇宙輻射和星際介質之間的碰撞中產生的反核，隨著反氦-3動量的增加，所產生的透明度從25%到90%不等。然而，這些反核可以根據其較高的能量與來自暗物質的反核區分開來。

這意味著反氦源自核不僅可以在銀河系中進行長距離的旅行，而且還可以作為未來實驗的重要資料。根據有多少反氦核到達地球以及以何種能量到達地球，由於新的計算結果，這些旅行良好的信使的來源可以被解釋為宇宙射線或暗物質。

未來太空中反氦原子核測量的參考依據

TUM自然科學學院的ORIGINS科學家Laura Fabbietti教授說：”這是一個跨學科分析的極好例子，說明了粒子加速器的測量可以與太空中的宇宙射線研究直接聯繫起來。在LHC進行的ALICE實驗的結果對於利用國際空間站上的AMS-02模塊（阿爾法磁譜儀）在太空中尋找反物質具有重要意義。從2025年開始，北極上空的GAPS氣球實驗也將檢查入射宇宙射線的反氦-3。”