早期宇宙中簡單形式的物質可能可以透過重力波探測到
最近的研究表明，早期宇宙中簡單形式的物質可能可以透過重力波探測到，這也可以解釋暗物質的性質。這些發現為探測重力波和確定暗物質成分提供了潛在的突破。
重力波是愛因斯坦近一個世紀前預言的時空漣漪，2015 年首次被偵測到。加州大學河濱分校物理學和天文學副教授崔彥鷗領導的一項新研究表明，非常簡單的物質形式可能在宇宙大爆炸後不久就會產生可探測到的重力波背景。
“這種產生可探測重力波背景的機制可能會揭示脈衝星定時天文台最近捕捉到的令人費解的引力波訊號，”崔說。 “另一個令人興奮的含義是，同樣形式的物質可能被確定為暗物質，這種神秘物質被認為構成了宇宙的大部分質量，幾十年來一直困惑著科學家。”
這項發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上的研究為利用最大的實驗室–宇宙本身–揭示新的基礎物理學鋪平了道路。在下面的問答中，崔彥鷗回答了有關這項研究的幾個問題：
這些非常簡單的物質形式是什麼？
物質的簡單形式是一種超輕標量場物質。標量意味著這種物質沒有內部旋轉（自旋），它類似於希格斯玻色子。這些形式的物質非常輕，每種物質的質量只有電子質量的百萬分之一甚至十億分之一。由於質量非常小，它們的行為更像是波，而不是粒子，它們滲透到宇宙中。
重力波需要有足夠高的強度，類似於電磁波，目前的實驗才能足夠靈敏地捕捉到它們。此外，重力波必須處於這些實驗敏感的頻段內；到目前為止，由於技術限制，只能偵測到特定範圍的重力波頻率。
這些簡單的物質形式會在宇宙大爆炸後不久產生可偵測到的重力波輻射背景，而其他時間則不會？
是的，重力波產生於宇宙膨脹率大約是標量場質量的時代。過了這個階段，重力波就會停止，因為粒子的產生會在某個時刻被內部機制關閉。大爆炸後不久（幾分之一秒）天體物理源（如雷射干涉重力波天文台觀測到的黑洞合併）可能會產生重力波。
為什麼直到現在才知道這些簡單的物質形式？
除了超弱引力相互作用之外，它們不會與已知物質發生其他作用。我們所展示的引力波訊號就是探測它們的方法。但如果它們是暗物質，我們已經從暗物質的一般證據中知道了它們。同樣，由於它們只與可見物質發生引力作用，而引力作用非常微弱，所以我們以前對它們了解不多。
把這種簡單形式的物質確定為暗物質會令人興奮。這是因為我們終於知道暗物質是由什麼構成的嗎？
是的，這是亮點之一。但同時，產生可偵測到的重力波也是非常不簡單的，我們發現一種簡單形式的物質，可能是暗物質，可以產生這種重力波–這是一項重大的理論成就。此外，如前所述，去年令人費解的脈衝星時間發現也可以用這個機制來解釋。
編譯自/ ScitechDaily