暗物质简介
“暗物质”是什么,为什么科学家们一直在研究它？
“暗物质”是什么，为什么科学家们一直在研究它？暗物质是一种假想粒子，它（们）不与光子作用，因此不发出电磁波辐射，也不会被照片投影成可见的图像。
目前，科学家们普遍认为宇宙的约85％由暗物质组成。
那么，为什么科学家们对暗物质的研究如此不懈？1.暗物质的存在可以解释宇宙的形成和发展科学家们开始研究暗物质是因为他们发现宇宙展现出的引力过强。
因此，他们推测有更多的物质，即“暗物质”，必须存在，以产生与观测到的引力相匹配的额外引力场。
在极早期的宇宙，暗物质的引力影响被认为影响了标准物质的分布和移动，从而影响了宇宙的形成和演化。
2.暗物质的研究可以揭示宇宙的未知领域通常，科学家们的研究都是基于理解早期的观测结果和理论，然后在发现新信息时调整和修改这些理论。
暗物质的研究就是这种情况的一例。
在研究的过程中，科学家们可能会发现新的物质和现象，这些物质和现象可能会重新定义我们对宇宙的认知。
3.暗物质可以帮助我们确定我们的宇宙是否会继续膨胀当我们谈到暗物质的时候，科学家们不仅在研究它们的物质成分，还在研究暗物质的运动方式。
它们是静止不动还是漫游在宇宙中？由于暗物质的存在，我们可能会得出一些关于宇宙将来的预测。
4.暗物质的研究有助于确定宇宙中的所谓“暗能量”尽管暗物质仍然是神秘的东西，但是还有一种能量被认为存在于宇宙中，那就是“暗能量”。
暗能量与暗物质一样神秘，其显然会在宇宙中扮演着重要的角色。
通过研究暗物质的性质，我们可能会理解更多这种能量存在的地方与作用。
总之，暗物质的研究是非常重要的，它可能会导致我们对宇宙的认知发生重大转变。
为了更加深入地了解暗物质，我们需要科学家们通过研究得出更多有关暗物质的信息。
暗物质简介ppt课件
暗物质与星系的形成和演化
暗物质与星系的形成
暗物质在星系形成中起到了关键作用 。暗物质的引力作用有助于束缚星系 内的恒星和气体，使得星系得以稳定 存在。
暗物质与星系的演化
暗物质对星系的演化也有重要影响。 暗物质的引力作用影响了星系内恒星 的运动和分布，使得星系得以维持稳 定的形态。
暗物质的分布和密度可能与普通物质不同，因此对宇宙的引力效应具有重要影响。
暗物质的发现
暗物质的发现是基于其对宇宙 的引力效应被观测到的。
通过对星系旋转速度和宇宙微 波背景辐射的观测，科学家们 推断出暗物质的存在。
暗物质的分布和密度可以通过 观测星系团、星系和宇宙微波 背景辐射等手段进行推断。
暗物质对宇宙的影响
暗物质对宇宙的结构和演化具有重要 影响。
暗物质可能占据了宇宙中大部分的质 量-能量，对宇宙的膨胀和演化具有 重要作用。
暗物质的引力效应使得星系和星系团 得以形成和维持稳定。
暗物质可能是解释宇宙学观测中一些 未解之谜的关键因素，例如宇宙常数 问题和高红移观测问题。
02
暗物质的组成和分布
暗物质的组成
暗物质对宇宙的未来影响
暗物质与宇宙的未来
暗物质对宇宙的未来有着深远的影响。随着 宇宙的膨胀和演化，暗物质的分布和性质可 能会发生变化，这将对宇宙的未来演化产生 重要影响。
暗物质与宇宙学研究
暗物质是宇宙学研究的重要课题之一。对暗 物质的研究有助于我们更深入地理解宇宙的 起源、演化和未来，为人类探索宇宙的奥秘 提供了新的视角和线索。
04
暗物质的研究现状与挑战
研究现状
暗物质的探测
目前，暗物质的探测主要依赖于大型粒子加速器和天文观测。其中，粒子加速器实验如CDMS、 DAMA等正在不断寻找暗物质粒子，而天文观测如引力透镜、星系旋转曲线等则提供了暗物质分布和 运动的信息。
暗物质在地球上存在的证据
暗物质在地球上存在的证据暗物质是指一种无法直接测量或探测的物质，因为它不散发电磁辐射，所以对于目前的科学家来说是一种神秘的存在。
但是，有一些实验与观测数据表明，暗物质在地球上是存在的。
一、星系旋转曲线星系旋转曲线是指通过测量星系成员星体的速度和距离，确定星系中心周围物质的分布和质量。
如果宇宙中的物质都是明亮的恒星和气体，那么星系的旋转速度应该随着距离的增加而减缓。
然而，当科学家进行实际测量时，他们发现星系的旋转速度不仅没有减缓，反而平稳或增加。
这暗示着在星系之外存在一些不可见的物质作用，这个作用就被称为“暗物质”。
二、宇宙微波背景辐射宇宙微波背景辐射是宇宙早期放出的辐射，其通过大爆炸后遗产中获得。
可是，在宇宙微波背景辐射地图上，科学家发现一些异常亮的区域，它们不能被星系和宇宙背景辐射解释。
而这些异常亮的区域恰恰吻合了暗物质的分布，这意味着暗物质在这些区域产生了引力作用，从而影响了宇宙微波背景辐射。
三、质子自销毁暗物质不会发射电磁波，所以直接观测它是非常困难的。
然而，在地球内部，距离核心较近的大气层的高能粒子实验室 observe 研究发现，在正常情况下，高能粒子将贯穿我们的大气层并与大气碰撞会分裂出的粒子包含具有质量和束缚的核子,但当这些核子与暗物质粒子相遇时，暗物质粒子会发生掠夺反应，将质子自销毁而释放出高能光子。
这意味着，在实验室的探测器中，科学家能够观测到这些高能光子，从而证明存在暗物质。
综上所述，暗物质在地球上的存在还有待更多的证明和研究，但是以上的实验与观测数据表明了暗物质的存在对星系旋转曲线、宇宙微波背景辐射、高能粒子实验室的影响。
这些证据都向我们表明，暗物质是宇宙中不可忽视的一部分。
宇宙中最重的物质是什么
宇宙中最重的物质是什么宇宙是一个浩瀚而神秘的存在，我们生活的地球只是宇宙中微不足道的一个微小点。
而在这个广袤的宇宙中，隐藏着许多令人惊叹的事物。
其中之一便是宇宙中最重的物质。
在探索宇宙奥秘的旅程中，科学家们一直在努力寻找这些重量级的物质。
本文将探讨宇宙中最重的物质以及与其相关的研究进展。
科学家们发现，宇宙中最重的物质是暗物质。
暗物质是一种不发光、不发热且与正常物质相互作用极小的物质。
它悄无声息地存在于宇宙的各个角落，并通过其巨大的质量对宇宙的演化产生重要影响。
暗物质的存在首先是通过天文观测得出的结论。
科学家们通过观测银河系中的恒星运动以及整个宇宙的大尺度结构，发现只考虑可见物质无法解释这些观测结果。
暗物质的引力效应成为解释这些观测现象的合理理论。
根据多种实验证据，暗物质约占宇宙总质量的27%。
然而，暗物质具体由什么组成目前仍然是个谜。
科学家们提出了众多假设，包括暗物质是一种特殊的粒子，或者是由一类未知粒子组成的。
但目前尚未找到确凿的证据来证实这些假设。
近年来，大型科学实验设施如欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）和美国国家科学院的超级冷暗物质探测器（SuperCDMS）等，积极推动着对暗物质性质的研究。
除了暗物质，黑洞也是宇宙中最重的物质。
黑洞是一种密度极高、引力极强的天体，由恒星在死亡过程中形成。
当一个恒星燃尽了所有可供消耗的氢燃料，核聚变停止，导致恒星塌缩。
如果恒星质量足够大，塌缩过程将超过一定的临界值，形成一个初始质量极高的黑洞。
黑洞的引力极强，甚至连光都无法逃脱，因此它们被称为“黑洞”。
黑洞质量可以相当大，超过数十亿太阳质量。
这些超大质量黑洞被认为是存在于星系中心的，被称为“超大质量黑洞”，它们对星系的演化和结构有着不可忽视的影响。
然而，尽管科学家们对黑洞有着广泛的研究，黑洞的起源和性质仍然是一个迷。
关于黑洞的奥秘，一些重要的问题仍然没有被完全解答。
研究黑洞的挑战性在于，它们在宇宙中的分布广泛，但由于它们不发光，因此无法直接观测和测量其质量。
暗物质与暗能量
暗物质与暗能量什么是暗物质暗物质（Dark Matter）是一种比电子和光子还要小的物质，不带电荷，不与电子发生干扰，能够穿越电磁波和引力场，是宇宙的重要组成部分。
暗物质的密度非常小，但是数量非常庞大。
自从牛顿发现了万有引力定律以来, 人们就一直尝试用引力理论来解释各种天体的运动规律, 在这个过程中, “暗物质”的概念很早就已经形成了。
现代意义下的暗物质概念是瑞士天文学家家弗里兹·兹威基（Fritz Zwicky）早在1933 年研究后发星系团中星系运动的速度弥散时就提出来了。
他根据所测得的星系速度弥散并应用维理定理得到了后发星系团的质光比, 发现其比太阳的质光比要大400 倍左右。
1934 年，他在研究星系团中星系的轨道速度时，为了解释“缺失的物质”问题而正式提出了暗物质的概念．但当时并没引起太多的关注，直到40 年后，人们在研究星系中恒星的运动时遇到类似的困难: 人们发现如果仅考虑可见( 发光) 物体彼此之间的相互吸引力，那么各式各样的发光天体( 包括恒星、恒星团、气状星云，或整个星系) 运动的速度要比人们预想的快一些。
暗物质存在最直接的证据来自于漩涡星系旋转曲线的测量。
通常测量的旋转曲线在距离星系中心很远的地方会变平, 并且一直延伸到可见的星系盘边缘以外很远的地方都不会下降。
如果没有暗物质存在, 很容易得到在距离很远的地方旋转速度会随距离下降: v(r)= GM(r)! r ∝1!r因此, 平坦的旋转曲线就意味着星系中包含了更多的物质。
2003 年，Wilkinson 微波背景各向异性探测( WMAP) 、Sloan数字巡天( SDSS) 和最近的超新星( SN) 等天文观测以其对宇宙学参数的精确测量，进一步有力地证实了暗物质的存在．这在人类探索宇宙奥秘和物质基本结构的道路上无疑是一个光辉的成就．最新数据显示，在宇宙能量构成中，暗能量占72%，暗物质占23%，重子类物质只占了5%左右．暗物质的探测暗物质的探测可以分为如下3 种方法。
暗物质质量单位
暗物质质量单位一、暗物质简介暗物质是宇宙中一种神秘的物质，无法直接观测到，也不与电磁辐射相互作用，因此无法通过现有的科学仪器来探测。
然而，通过对宇宙的观测和理论研究，科学家们发现了暗物质的存在证据。
暗物质占据了宇宙总质量的大约27%，远远超过我们所熟知的可见物质。
二、质量单位简介质量是物体所具有的惯性和引力特性的量度，通常用千克（kg）作为国际单位制中的质量单位。
然而，在研究宇宙的尺度时，千克并不是最方便的单位，因为宇宙中的质量通常非常巨大。
为了更好地描述宇宙中的质量，科学家们引入了一些特殊的质量单位，其中之一就是以太子质量（eV/c²）。
太子质量单位是以能量为基础的质量单位，其中eV表示电子伏特，c表示光速。
暗物质质量单位则是将太子质量单位转化为千克。
具体而言，1太子质量单位约等于 1.783×10⁻³¹千克。
这样的转化使得科学家能够更方便地讨论宇宙中的暗物质质量，而不必使用过于庞大的千克单位。
四、暗物质质量单位的重要性暗物质质量单位的引入对于研究宇宙中的暗物质起到了重要的作用。
通过使用暗物质质量单位，科学家们能够更好地描述和比较不同天体中的暗物质质量。
例如，在研究星系团时，科学家们可以通过测量质量以暗物质质量单位来表达它们的暗物质含量，从而比较不同星系团之间的质量差异。
暗物质质量单位的使用还有助于研究暗物质粒子的性质。
根据目前的理论模型，暗物质可能由一种或多种未知的基本粒子组成。
通过研究暗物质质量单位，科学家们可以估计这些暗物质粒子的质量范围，并进一步推测其可能的性质和相互作用方式。
五、暗物质研究的挑战和前景尽管暗物质质量单位的引入方便了暗物质研究，但是我们仍然面临着许多挑战。
首先，由于暗物质不与电磁辐射相互作用，直接观测它们变得异常困难。
科学家们只能通过间接的观测手段，如星系旋转曲线和宇宙微波背景辐射等来推测其存在和性质。
暗物质的组成和性质仍然是一个谜。
“暗物质”是什么,为什么科学家们一直在研究它？
“暗物质”是什么，为什么科学家们一直在研究它？暗物质是指在宇宙中没有发出或反射可见光的物质，但却由于其引力作用而被证实存在。
科学家们一直在研究暗物质，是为了揭示宇宙中一些未能被解释的现象。
下面列举了3个科学家们研究暗物质的原因：1.解释星系旋转速度早期的天文学家曾经认为，星系的旋转速度应该随着距离中心的偏离而减慢。
但是，这个假想却被事实所否定。
在星系的外部，旋转速度是很稳定的。
这个稳定的旋转速度导致了一个非常困惑的问题：为什么星系会以这样的速度旋转而不发生坍塌？这就是暗物质的一个例子——暗物质善于承受引力，与普通的物质不同，它不会发生坍塌，因此，可以帮助解释星系的旋转速度。
2.解决宇宙学拓展速度问题描述宇宙学扩张的基本物理学原理是：越远的星系会以越快的速度远离我们。
这个原理取决于暗能量，因为一个完全由暗物质构成的宇宙是不可能的。
暗能量是另一个未能被解释的现象——它是一种反重力物质，可扭曲宇宙的空间时间结构，导致宇宙的加速扩张。
暗物质与暗能量一起，则协同作用，形成了“暗物质暗能量宇宙学模型”，可以解释宇宙学现象。
3.验证引力波引力波是爱因斯坦广义相对论的预测结果，它们是由能量和动量在时空中传播的扰动，类似于石头投入池塘中的波纹。
暗物质的存在可以通过引力波的探测来验证，暗物质会通过引力作用来操纵物体的运动，这些物体包括引力波探测器中的测量设备。
综上所述，暗物质扮演着揭示宇宙中未解之谜的关键角色。
虽然暗物质在现实生活中不可见，但是它对于了解宇宙的演化和解决宇宙学问题至关重要。
什么是暗物质概念定义是什么
什么是暗物质概念定义是什么暗物质的存在一经证实,意味着人类首次发现了暗物质存在的形式,将是物理学的重大突破。
暗物质被称为“世纪之谜”，那么暗物质到底是什么呢?下面是小编为大家整理的暗物质的概念定义，希望你会喜欢!暗物质的概念定义暗物质(Dark Matter)是一种因存在现有理论无法解释的现象而假想出的物质，比电子和光子还要小的物质，不带电荷，不与电子发生干扰，能够穿越电磁波和引力场，是宇宙的重要组成部分。
暗物质-暗能量是影响当今量子粒子物理+天体物理的“两片乌云”，暗物质的密度非常小，但是数量庞大，因此它的总质量很大，它们代表了宇宙中96%的物质含量，其中人类可见的只占宇宙总物质量的5%不到(约4.9%)。
暗物质“未来”的仪器可以直接观测得到，但它能干扰星体发出的光波或引力，其存在能被明显地感受到。
暗物质中的“暗物质粒子”的存在有可能是量子粒子物理的弱相互作用力的大质量重粒子的极化粒子类似于“磁单极粒子”的跃迁线性粒子。
暗物质存在的最早证据来源于对矮椭球星系旋转速度的观测。
现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、天文观测和膨胀宇宙论研究表明：宇宙的密度可能由约68.3%的暗能量，4.9%的重子物质，26.8%暗物质组成。
新计算机模型：暗物质并非由重粒子组成。
科学家1月29日在阿奇夫论文预印本网站上发表报告称，美国航空航天局的钱德拉X射线天文台的数据显示，以特定能量发出的超量X射线令图表上出现一个隆起。
众所周知，X射线谱线能揭示暗物质的存在。
暗物质是一种未知的物质，科学家认为宇宙绝大部分由其构成。
暗物质的物质分布天文学的观测表明，宇宙中有大量的暗物质，特别是存在大量的非重子物质的暗物质。
据天文学观测估计，宇宙的总质量中，重子物质约占2%，也就是说，宇宙中可观测到的各种星际物质、星体、恒星、星团、星云、类星体、星系等的总和只占宇宙总质量的2%，98%的物质还没有被直接观测到。
在宇宙中，非重子物质的暗物质当中，冷暗物质约占70%，热暗物质约占30%。
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暗物质粒子的脱耦
在运动学脱耦之后，暗物质粒子不再与背景等离子体有动量交换， 因此暗物质粒子的质量扰动开始随时间对数增长，逐渐形成结构。
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非重子暗物质的脱耦时间比重子的脱耦时间更早！
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Hale Waihona Puke • 不过，标量多重态的情况没这么简单。标量多重态
存在多种自相互作用，以及与 Higgs 场的相互作用。
• 最近有研究[Hamada, et al., arXiv:1505.01721]表明 ，
七重态标量的四次自相互作用耦合常数在 108 GeV
能标处就会遇到朗道极点。
• 我们进一步研究了在什么情况下可以将朗道极点提升
费米子：n ≥ 5 标量：n ≥ 7 这是一种偶然对称性 (accidental symmetry)，比 人为地引入 Z2 对称性的一般方法显得更加自然
• 多重态的引入会影响弱耦合常数 g2 的跑动。如果要求 g2 能够一直到普朗克能标都不遇到朗道极点，可以给 出 n 的上限。
Majorana费米子：n ≤ 5 实标量： n ≤ 8
我们发现，y 的跑动与 g2 的跑动强烈相关。当 y 的取
值为
时，可得
。否则
y 的朗道极点将早于 g2 的朗道极点出现。若允许精细
调节初值，至多可将朗道极点能标推迟到
。
精细调节 y 的初值，将耦合常数演化至 1014 GeV（略 低于朗道极点能标），则可用真空稳定性和微扰性条件
限制七重态的耦合常数
暗物质简介
张宏浩
在1930年代，Zwicky用Virial定理分析在后发星系团 (Coma Cluster)的星系的运动速度，他发现它们的速度 太快了，可见物质的质量不足以解释这么快的速度，
为此他引入了约10倍于可见物质质量的“暗物质”。
暗物质之父：Zwicky
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在1970年代，Rubin研究了漩涡星系的旋转曲线， 她发现v随r的变化曲线并未遵循牛顿力学的预言， 而是几乎平坦的：速度仍然太快了！ 这个现象可以用暗物质或者MOND理论解释。
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修正的牛顿动力学（MOND）之三
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修正的牛顿动力学（MOND）之四
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在2004年发现的子弹星系团(bullet cluster)，通过X射线 探测到的是红色的可见物质，看来是两个星系相撞； 通过弱引力透镜探测到的质量分布是蓝色的部分（可 解释为暗物质），可知它们的相互作用非常微弱， 几乎直接穿过去了。
Nucl.Phys. B854 (2012) 350-374 Nucl.Phys. B860 (2012) 115-151
自旋为 0 的暗物质粒子
黄色区域为考虑到可微 扰条件时有效理论不成 立的区域
自旋为 1/2 的暗物质粒子
自旋为 1 的暗物质粒子
自旋为 3/2 的暗物质粒子
已经有这么多暗物质模型了 在高能物理数据库SPIRES，“暗物质”论文数量多达四千多篇
为什么还要考虑这一个暗物质候选模型：最小暗物质模型？ 最小暗物质模型只有一个参数：暗物质质量M，具有可预言性！
最小暗物质 (minimal dark matter) 模型
[Cirelli, et al., hep-ph/0512090]
• 在标准模型基础上引入一个 SU(2)L ×U(1)Y多重态 • 多重态的电中性分量是暗物质候选粒子
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暗物质的性质仍然是一个开放的科学问题
Chris Quigg列出的 十大科学难题：
• 对暗物质的研究涉及粒子物理、宇宙学、天体物理等 多个学科
暗物质的直接探测
暗物质的间接探测
高能对撞机的探测器与粒子重建
暗物质的对撞机探测
暗物质与标准模型费米子的有效相互作用
• 当相互作用过程的转移动量远小于媒介粒子质量时， 相互作用可以用有效理论描述。 • 使用有效理论，通常能够把握研究问题的基本特征， 与模型细节相对无关。 • 我们分别假定暗物质由自旋为 0, 1/2, 1 或 3/2 的粒 子组成，用有效算符描述暗物质粒子与标准模型费米 子的相互作用，把直接探测、间接探测和宇宙学丰度 的实验结果综合在一起进行比较 • 我们发现，在不同情况下，各类暗物质实验的灵敏 度有些差别，具有一定的互补性
标准模型耦合常数的 beta 函数
在
处加入七重态实标量之后的 beta 函数
（系数非常大！）
真空稳定性条件： 对于
对于
若
，朗道极点能标
若
，
(不满足真空稳定性)，
7-3-5 模型
为了提升朗道极点能标，引入1个三重态费米子场和1个 五重态费米子场，与七重态标量场发生 Yukawa 耦合
三重态费米子场可通过第二项构建 type-III seesaw 机制 对 beta 函数的影响：
直接探测实验 LUX、间接探测实验 Fermi-LAT、真空 稳定性和微扰性条件对模型参数的限制
暗物质之母：Rubin
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我以前的讲课板书
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修正的牛顿动力学（MOND）之一 根据星系旋转曲线
A：牛顿力学预言的旋转速度 v∝r^(-1/2) B：实验观测到的旋转速度 v≈Const.
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修正的牛顿动力学（MOND）之二 MOND理论假设 牛顿第二运动定律在加速度极低时修正为： 力与加速度的平方成正比
到更高能标上。
Phys.Rev. D92 (2015) 115004
七重态实标量最小暗物质模型
七重态实标量 动能项和规范耦合项
势能项
这一项被大多数 文献忽略
Higgs 场破缺后，第五项会贡献到七重态树图质量上：
当 m0 >> mZ 时，一圈图引起的质量劈裂为
为零时，暗物质遗迹密度(relic density)观测值对应于 m0 = 8.8 TeV (不考虑索末菲效应) m0 = 25 TeV (考虑索末菲效应)
最小暗物质 (minimal dark matter) 模型
[Cirelli, et al., hep-ph/0512090]
• 在标准模型基础上引入一个 SU(2)L ×U(1)Y多重态 • 多重态的电中性分量是暗物质候选粒子 • 电弱圈图修正使带电分量的质量比中性分量大 • 若多重态所在表示维数 n 足够高，电弱规范对称性 会禁戒多重态与标准模型粒子的耦合，使暗物质稳定
用MOND理论解释 这一现象有困难， 除非也引入暗物质
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bullet cluster (2004)
train wreck (2007)
baby bullet (2008)
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由弱引力透镜观测结果知，在银河系内的大质量致密晕天体 （MAssive Compact Halo Objects，MACHOs）对银河系暗物质晕的 贡献小于8%，这表明在银河系中暗物质的主要成分不是MACHOs 这样的重子暗物质，而应该是非重子暗物质。进一步可推测， 在宇宙中的暗物质主要成分也是非重子暗物质。