氢的第二种味道：暗物质的解决方案？

根据他们的观察，天文学家们普遍预测，暗物质必须占宇宙所有物质的85%左右。然而，到目前为止，大多数关于这一神秘物质来源的理论都把希望寄托在理论上尚未发现的粒子上。来自奥本大学物理系的尤金·奥克斯教授提出，一个更自然的解释可能是未知的氢原子“第二种味道”的形式。有了可靠的理论基础、原子实验和天文观测，他的想法有可能为现代物理学中最臭名昭著的谜团之一提供期待已久的解决方案。

只有一个电子围绕一个质子旋转，氢原子是元素周期表中最简单的元素。由于这些原子中发生的粒子间相互作用很少，它们长期以来一直被认为是物理学家比较其理论与真实实验观测的可靠试验台。然而，尽管氢原子很简单，但其物理性质仍有许多未解之谜。在它们的基态中——它们的电子没有被激发到更高的能级——原子的线性动量(一个物体的质量和速度的乘积)分布在一定范围内。在更高的能量下，这种模式显示出一个细长的“尾巴”，其形状与原子的动量密切相关。然而，几十年来，物理学家对这条尾巴形状的模型与他们的观测结果并不相符。

在他早期的研究中，奥本大学物理系的尤金·奥克斯教授通过一个“狄拉克方程”的新解解决了这个问题。狄拉克方程代表了一种高级理论，该理论解释了量子粒子的自旋特性，同时也符合爱因斯坦的狭义相对论。他解释说:“在2001年之前，关于高能尾巴的实验结果和理论结果存在巨大的差异。”“正是对这种解决方案的允许，消除了上述原子实验和理论之间的巨大差异。”这一发现解决了物理学家理论中持续了几十年的一个缺口。然而，它的意义远远超出了解释氢原子本身的性质。

添加新的风味
奥克斯教授的方法的一个关键方面是，它没有考虑到氢原子的质子是空间中的一个单一点，而以前的大多数模型都是近似的。相反，原子核占据了有限的空间，显著地改变了其轨道电子的模型行为，并允许在质子外有两个(而不是通常的一个)狄拉克方程的解。这本身就是一个根本性的结果。除了消除高能尾巴差异，奥克斯教授在他的最新研究中展示了这个结果是如何与所有激发态相关的，在量子力学规定的特定条件下——统称为“s态”。“质子外的狄拉克方程的第二个解实际上适用于所有s态，而不仅仅适用于基态，”奥克斯教授描述道。“第二种氢原子的存在不仅是理论上的;它也有来自原子实验的证据。”

这种第二种氢原子的存在不仅是理论的;它还具有原子实验的证据。

在这项研究中，PRO OKS提出了该组中的原子对常规氢原子显示完全不同的物理性质 - 与颗粒物理学中的既定理论相当的后果。根据标准模型，描述宇宙中的基本粒子和力，所有已知的HADRONS - 一个包括质子和中子的家庭 - 由名为夸克的基本粒子组成。这些颗粒可以分为六种不同的“味道” - 所有这些都具有根本不同的特性，要求他们如何相互作用。根据OKS的求和，S状态氢代表了氢原子的整个“第二种味道” - 这是对我们宇宙组成的深远影响。

对理论和实验的后果
当光与常规氢原子相互作用时，含有正确量的光子可以激发其电子在更高的能级。然而，目的地，这不是教授OKS的原子化的情况。正如他解释的那样：“氢原子的第二种风味几乎不与电磁辐射相互作用。他们仍然很黑。“因此，这些原子将以基本上不同的方式与宇宙与“常规”形式的氢相互作用。根据我们的教授，在2018年，由贾德·鲍曼领导的天文学家团队发现这种行为很好。在他们的研究中，研究人员正在研究空间中氢云的电磁辐射特性的特定频率 -named the ‘hydrogen line’.

在中性氢原子中，电子有极小的机会在两个紧密间隔的能级之间自动翻转，或“超精细”能级，在这个过程中释放出光子。尽管在单个原子中看到这种情况的几率微乎其微，但天文学家观测到的大量中性氢云的主要特征是这些波长为21厘米的微波频率光子。然而，在早期的宇宙中，一些理论认为，新形成的恒星发出的紫外线可能改变了两个超精细能级上部的激发，在21厘米的氢线中产生了一个“吸收轮廓”，今天仍然可以看到。

从他们的观察结果中，Bowman的团队不仅检测了这种吸收概况的明确证据;他们的发现远远超过了他们的期望。然而，对于我们的教授，这并没有令人惊讶。“他们发现线路吸收曲线的幅度超过了大于最大预测的两倍”。“氢原子的第二种风味的津贴为这些令人费解的观察结果提供了可行的解释。”如果他的理论是正确的，我们的答案我们的拟议氢原子可以为现代宇宙学中最迫切的问题之一提供暂时的答案。

与未经证实的理论竞争
几十年来，天文学家已经注意到在他们对星系和更广泛的宇宙环境的观察中明显的差异。例如，目前结合已知引力定律的计算表明，星系的旋转速度应该在接近其边缘时减慢——然而，观察结果表明，它们实际上是相当稳定的。我们还观察到来自遥远天体物理光源的光线发生了明显的弯曲——这种效应被称为“引力透镜效应”。目前，对这一切的唯一解释是，大量无法探测到的、尚未观测到的物质正在阻止这些星系旋转的减速，同时也使光线发生重力弯曲。最终，这些观测结果让天文学家得出结论:宇宙中大约85%的物质是“黑暗的”，这意味着它们很少与常规物质相互作用，因此不能用现代望远镜捕捉到。

现在已经开发了各种理论来解释暗物质的本质，其中许多人依赖于对物理法则的显着改变，因为我们目前了解它们。这些包括理论颗粒，如轴轴和弱相互作用的大规模颗粒（WIMPS），现在正在通过正在进行的检测实验搜索。即使在多年的搜索后，也没有发现这些粒子的确凿证据。如果PROM OKS的理论是正确的，它们至少可以部分地消除依赖于这种未明确和未被发现的粒子的需要 - 在我们对宇宙的构成的理解中提供突破。

如果PROM OKS是正确的，那么最终意味着暗物质至少部分地由氢的暗第二味道组成。

对暗物质的解释？
Prof Oks’ explanation of the observations by Bowman’s team was an alternative to some separate studies, where researchers have suggested that the observations of the Arizona State team were caused by an ‘unspecified’ form of dark matter, possibly in the form of as-yet undetected axions or WIMPs. Yet as Prof Oks concludes, he believes that the evidence for his ideas is far more tangible. “The existence of the second flavour of hydrogen atoms, which are ‘dark’, has the proof from atomic experiments”, he says. “In addition, there is also a possible astrophysical evidence of their existence.” If Prof Oks is correct, it would ultimately mean that dark matter is at least partially composed of hydrogen’s dark second flavour.

此外，如果这些氢原子在整个宇宙中真正存在，这可能意味着鲍曼团队的观察是第一个揭示常规和暗物质之间的持续相互作用的观点。由于氢S状态基于颗粒物理和量子力学的良好理论，这将对许多物理领域的影响产生深远的后果。即使这种氢气只能部分解释暗物质的构成，它建议标准模型本质上不完整的流行理论可能具有比以前认为的基础更少。最终，OKS教授希望他的发现可以在不久的将来广泛讨论，可能导致我们对宇宙的构成的理解期待期待的延长改进。