WTF？！暗物质粒子被发现了？？

姓名:崔哲琪

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【嵌牛导读】:当代物理学界最大两朵乌云之一的暗物质问题取得重大突破——暗物质粒子，可能已经被发现了！

【嵌牛鼻子】:天文学，暗物质粒子

【嵌牛提问】:暗物质粒子被发现了？

【嵌牛正文】:今年的国际天体粒子和地下物理会议（TAUP）在加拿大的SNOLAB/Sudbury举行， 这是暗物质、中微子、宇宙线、引力波领域的最大型国际会议，全球顶级的粒子物理学家和天文学家齐聚一堂，向大家报告天文学和粒子物理最新进展。

引力波的发现，使本次会议的焦点落在该板块。会议进行时今年的诺贝尔物理学奖尚未揭晓，但大家都清楚地知道，诺奖将由 LIGO 摘取——默默无闻几十年，终于咸鱼翻身。中微子物理近二三十年越来越火, 梶田隆章等诺奖得主如往年一样地出现在会议上，继续引起羡慕嫉妒恨，也让人好奇中微子领域的下一个重大发现花落谁家。

今年会议最落寞的方向，似乎是暗物质。

大质量弱作用粒子作为最热门候选粒子被寻找了几十年，2016年LHC强子对撞机上的结果给加速器上寻找暗物质的全球物理学家浇了个透心凉。地下实验里PandaX（中国）和XENON1T 已经接近中微子背景极限，‘拼下限比赛’已经快见底。 卫星搭载的探测器和切伦科夫望远镜观测的数据也将数百GeV内的质量范围排除。AMS02上的结果对暗物质也无法提供说服力。 怎么办？

会议最后一天，一个小个子的女生 Jhilik Majumdar 的报告石破天惊，让众人傻眼。一个 7.5σ的结果！众所周知，高能物理里5σ就意味着一次发现。

WTF？！暗物质粒子被发现了？？

Jhilik Majumdar

大家仔细一看，另外两名作者, 一位是Dieter Horns，一位是Francesca Calore。

强势插入对这两位合作者的简介：

1、Dieter Horns教授，34岁拿到德国天体物理正教授职位（德国一共12位）。熟悉伽马射线，暗物质研究的人都知道，他是这个领域公认的天才型人物。曾担任汉堡大学实验物理所IEXP所长。 你没看错，是汉堡大学实验物理所IEXP，这里诞生过多位DESY的主任和CERN的主任。比如， CERN的前任主任Heuer Rolf-Dieter当时也是这个所的成员，CERN现任研究部主任EckhardElsen 也一直是这里的全职教授. 因为所长工作占用大量时间，Dieter Horns教授做了一期所长后就辞去该职，专心科研，成果颇多，不多介绍，请自行搜索其论文。

2、Francesca Calore

银河系中心吉电子伏超出的主要发现者，其硕士导师是意大利的宇宙线专家Fiorenza Donato教授（女），博士导师是 Torsten Bringmann 教授。这都是学界如雷贯耳的名字。

Francesca 是个传奇人物，她不到三年完成汉堡大学的博士学位，博士后不到2年拿到法国CRNS的终身研究员职位。5年发表论文三十余篇，引用惊人，是这个领域近年崛起最快的明星人物，被各大会议热捧邀请报告。在2017年的DESY theory workshop全球数百名教授和研究员中，她代表全球的年轻物理学者，做第三个开场发言。

回到正题，讲这次的大新闻论文：

这篇文章研究的对象是 ALPs, 类轴子粒子。这是一类超轻质量暗物质粒子，有外部电磁场时与光子耦合，可以解释QCD中的强CP问题。利用NASA的Fermi/LAT提供的8年卫星数据，该文分析了大量伽马射线源，利用法拉第转动测量对星际大尺度磁场进行ALPs类粒子光子耦合的数据拟合。

WTF？！暗物质粒子被发现了？？

光子与类轴子粒子结合的星系伽马射线源的光谱调变图

在Fermi/LAT的20MeV到300GeV所发现的160个伽马源观测对象中，为了避免背景噪音，这篇文章仅选用了6个Pulsar脉冲星数据。其中一个误差分析结果如下：

WTF？！暗物质粒子被发现了？？

不多评论这个拟合，两个字：完美！

文中选其中两个PSR数据拟合结果展示，这里展示其中一个：

WTF？！暗物质粒子被发现了？？

左图是光谱误差分析，红线代表含ALPs粒子的拟合结果，其chi2=10.07，降到无ALPs模型的五分之一。右图则是耦合常数和ALPs质量的扫描结果，我们看到在3~8 neV 区间，其chi2 ~ 1. 两个字：完美！

这个结果完美得令人难以置信，瑕疵在哪？ 在对比了各种实验提供的结果以后，他们发现，这个结果位于CERN的CAST实验排除的范围内。这个结果引起在场众多物理学家的兴趣，他们在会后与Jhilik进行了深入的交流。

但问题来了： 这个真的是暗物质吗？ 还是别的未知粒子？ 因为在这个能量范围内，发现新的基本粒子，如果能被确认，将是一个极其重大的结果。将成为希格斯玻色子后最重要的粒子物理发现。