兰州大学物理学院研究人员在暗物质的新候选者方面发表综述文章

宇宙是由什么组成的？星系旋转曲线、引力透镜效应、宇宙大尺度结构以及微波背景辐射等天文观测结果表明，宇宙大约68%的组分是暗能量，27%是暗物质，而只有5%是粒子物理标准模型（SM）所描述的已知物质（也称为发光物质）。也就是说，宇宙组分的95%是我们还不了解的暗物质和暗能量。暗能量导致了我们当前的宇宙处于加速膨胀阶段，而暗物质则形成了宇宙的大尺度结构。然而，目前普遍认为暗物质和暗能量都不参与电磁相互作用，是看不见的，二者对物理学提出了严峻的挑战。近几十年来，寻找暗物质的理论和实验信号一直是物理学和天文学的重大问题。目前，暗物质有各类候选者，例如弱作用大质量粒子（WIMP）、轴子及类轴子、超对称粒子、超大质量粒子、惰性中微子、Kaluza-Klein粒子、原初黑洞等，然而不管是直接探测还是间接探测，目前各类实验仍未观测到这些暗物质候选者的迹象。

近日，兰州大学物理科学与技术学院/兰州理论物理中心刘玉孝教授与国际同行Dharam Vir Ahluwalia教授等在物理学综述期刊《Physics Reports》上发表了题为“Mass dimension one fermions: Constructing darkness”的综述文章。

在文章中，刘玉孝与合作者系统地介绍了暗物质的一种新的候选者——电荷共轭算符的本征旋量（ELKO）。在四维时空情况下，不同于标准模型中自旋为1/2、质量量纲为3/2的Driac旋量场，ELKO描述了自旋为1/2但质量量纲为1的费米子。由于其质量量纲与标准模型中的费米子不一致，阻止了ELKO进入标准模型的二重态(the SM doublets)，这扩展了标准模型的量子场。这些从头构建的新旋量场不具备通常的U(1)不变性（因此具有darkness性质），这使得ELKO成为暗物质的一种自然候选者。

　　论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370157322001223

https://arxiv.org/abs/2205.04754

背景信息：

《Physics Reports》是物理学和交叉科学类颇具影响力的国际综述性期刊之一，专门发表该领域各研究方向全球知名专家撰写的综述性论文，对相关领域的发展具有非常重要的引领和指导作用。每期一般发表一篇论文，全部由杂志编辑邀约在相关领域做出突出贡献的专家学者撰稿。