氙气实验挤压了WIMPy暗物质

当谈到“宇宙是什么组成的”这个问题时，标准模型根本不成立。当我们把所有正常物质——由夸克和带电轻子组成的物质——加起来时，我们发现它只占总“质量”的1/6。此外，对单个星系、星系团和星系团、宇宙微波背景以及宇宙大尺度结构的观测都描绘了同样的画面：一个六分之五的质量不是由任何标准模型粒子组成的宇宙，而是不可见的、寒冷的，除引力外没有相互作用。
我们称这种必须存在但性质未知的巨大物质为暗物质。这种暗物质在早期一定是冷的（即与光速相比移动缓慢），这告诉我们，如果它曾经与热大爆炸的“原始粒子汤”处于热平衡状态，它一定是相当巨大的粒子种类。这些类别的粒子 - 相互作用非常微弱，但具有很大的静止质量 - 统称为WIMP：弱相互作用大质量粒子。在一项非凡的实验成就中，氙气合作刚刚通过丹尼尔·温兹的公开演讲宣布，刚刚宣布了对WIMP暗物质的最严格限制，预计在不久的将来会有更好的结果。这是一项了不起的实验成就，它说明了实验物理学是如何进步的。

在宇宙中形成的暗物质结构（左）和由此产生的可见星系结构（右）在冷、暖和热的暗物质宇宙中自上而下显示。从我们的观测来看，至少有98% 的暗物质必须是冷的或暖的;排除热。在各种不同的尺度上对宇宙许多不同方面的观察都间接地指向暗物质的存在，但直接探测实验并没有发现造成它的粒子。
学分：苏黎世大学ITP
让我们想象一下WIMP的情景是正确的：确实存在一种新的稳定，寒冷的暗物质粒子，并且它是在早期宇宙中创造的。它的产生方式如下。
炽热的大爆炸发生了，宇宙充满了高能粒子（和反粒子），这些粒子通过爱因斯坦的E = mc²碰撞，相互作用，湮灭并创造了新的粒子 - 反粒子对。
随着宇宙的膨胀和冷却，质量更大、不稳定的粒子（和反粒子）衰变掉，只留下稳定的粒子，因为不再有足够的能量来制造新的不稳定粒子-反粒子对。
最终，仅弱相互作用的粒子（不一定是通过弱力，而是“弱力”甚至更弱）与原始等离子体“解耦”，这意味着它们停止散射或与其他粒子相互作用，包括它们自己物种的粒子。