暗物質仍然是現代物理學的最大謎團之一。很明顯，它必須存在，因為沒有暗物質，比如說，星系的運動就無法解釋。但是從來沒有人能夠在實驗中探測到暗物質。目前，有許多關於新實驗的建議。他們旨在通過暗物質與探測介質的原子核成分，即質子和中子的散射，直接探測暗物質。

一個研究小組–密歇根大學的Robert McGehee和Aaron Pierce以及德國美因茨約翰內斯古騰堡大學的Gilly Elor–現在提出了一個新的暗物質候選模型：HYPER，即”HighlY Interactive ParticlE Relics”。

在HYPER模型中，在早期宇宙中暗物質形成後的某個時候，它與正常物質的相互作用強度突然增加–這一方面使它有可能在今天被探測到，同時也可以解釋暗物質的豐度。

這張美國宇航局哈勃太空望遠鏡的圖像顯示了暗物質在巨大星系團Abell 1689中心的分佈情況，該星系團包含大約1000個星系和數万億顆恆星。

暗物質是一種不可見的物質形式，佔了宇宙質量的大部分。強如哈勃望遠鏡也無法直接看到暗物質，天文學家通過分析引力透鏡的影響來推斷它的位置，即來自阿貝爾1689背後的星系的光線被星系團內的干擾物質所扭曲。

研究人員利用42個背景星系的135個透鏡圖像的觀測位置，計算出該星團中暗物質的位置和數量。他們將這些推斷出的暗物質濃度的地圖疊加在由哈勃高級觀測相機拍攝的星團圖像上，並將其染成藍色。如果該星團的引力只來自可見星系，那麼透鏡扭曲就會弱得多。該地圖顯示，暗物質最密集的地方是在星團的核心。

資料來源：NASA，ESA，D. Coe（NASA噴氣推進實驗室/加州理工學院和太空望遠鏡科學研究所），N. Benitez（西班牙安達盧西亞天體物理研究所），T. Broadhurst（西班牙巴斯克地區大學），和H. Ford（約翰霍普金斯大學）

由於尋找重的暗物質粒子即所謂的WIMPS尚未獲得成功，研究界正在尋找替代的暗物質粒子，特別是較輕的粒子。同時，研究人員說，人們普遍期待著暗物質的相變–畢竟，在可見範圍有幾個相變，但是以前的研究傾向於忽略它們。

“對於一些計劃中的實驗所希望進入的質量範圍，還沒有一個一致的暗物質模型。然而，我們的HYPER模型說明，相變實際上可以幫助使暗物質更容易被探測到，”JGU的理論物理學博士後研究員Elor說。

一個合適的模型所面臨的挑戰是，如果暗物質與正常物質的相互作用太強，那麼它在早期宇宙中形成的（精確已知的）數量就會太少，與天體物理學觀察結果相矛盾。然而，如果它的產生量恰到好處，那麼反過來說，這種相互作用就會太弱，無法在現今的實驗中探測到暗物質。

McGehee說：”我們的中心思想，也就是HYPER模型的基礎，是相互作用突然改變一次–所以我們可以擁有兩個世界中最好的東西：適量的暗物質和一個大的相互作用，這樣我們就可以探測到它。”

而這正是研究人員所設想的。在粒子物理學中，一種相互作用通常是由一個特定的粒子，即所謂的中介物來調解的–暗物質與正常物質的相互作用也是如此。暗物質的形成和它的探測都是通過這種中介物進行的，相互作用的強度取決於其質量。質量越大，相互作用就越弱。

調解物首先必須足夠重，以便形成正確數量的暗物質，然後足夠輕，以便暗物質可以被探測到。解決方案。在暗物質形成後有一個相變，在此期間，媒介物的質量突然減少。

“因此，一方面，暗物質的數量保持不變，另一方面，相互作用被提升或加強，以至於暗物質應該可以被直接探測到，”Pierce說。

新模型HYPER幾乎涵蓋了計劃中的實驗的全部參數範圍。具體來說，研究小組首先考慮了介體介導的與原子核質子和中子的相互作用的最大截面與星象觀測和某些粒子物理學衰變相一致。下一步是考慮是否有一個表現出這種相互作用的暗物質模型。

“在這裡我們提出了相變的想法，”McGehee說。”然後我們計算了宇宙中存在的暗物質的數量，然後用我們的計算結果模擬了相變。”

“由於有大量的製約因素需要考慮，例如暗物質的數量不變，在這裡，我們必須系統地考慮並包括非常多的情況，例如，提出這樣的問題：是否真的可以確定我們的調解人不會突然導致新的暗物質的形成，當然這一定不是，”Elor說。”但最後，我們確信我們的HYPER模型是有效的。”

該研究發表在《物理評論快報》雜誌上。