寻找暗物质的科学家首次测量到来自银河系深处的信使：反氦-3原子核

星系是如何诞生的，又是什么将它们维系在一起？天文学家认为，暗物质起着至关重要的作用。然而，到目前为止，还不可能直接证明暗物质的存在。包括慕尼黑工业大学（TUM）科学家在内的一个研究小组现在首次测量了来自星系深处的反氦源自核的存活率--这是间接寻找暗物质的必要前提。

许多事情都指向了暗物质的存在，例如星系在星系团中的运动方式，或者恒星环绕星系中心的速度，这些计算结果表明，存在的质量一定远远超过我们所能看到的。例如，我们的银河系大约有85%是由一种不可见的物质组成的，只能根据其引力效应来检测。到今天为止，仍然无法直接证明这种物质的存在。

一些暗物质的理论模型预测，它可能是由相互间弱相互作用的粒子组成。这就产生了反氦-3原子核，它由两个反质子和一个反中子组成。这些核子也是在宇宙辐射与氢和氦等普通物质之间的高能碰撞中产生的--不过，其能量与暗物质粒子相互作用中预期的能量不同。

在这两个过程中，反粒子都起源于银河系的深处，离我们几万光年远。在它们被创造出来之后，它们的一部分会向我们的方向前进。这些粒子中有多少能在这次旅行中毫发无损地存活下来，并作为其形成过程的信使到达地球附近，这决定了银河系对反氦核的透明度。到目前为止，科学家们只能够粗略地估计这个数值。然而，改进透明度的近似值，作为衡量反核数量和能量的单位，将对解释未来的反氦测量结果非常重要。

LHC粒子加速器可以作为反物质工厂

来自ALICE合作组织的研究人员现在已经进行了测量，使他们首次能够更精确地确定透明度。ALICE是A Large Ion Collider Experiment的缩写，是世界上最大的探索最小长度尺度的物理学的实验之一。ALICE是欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）的一部分。

LHC可以产生大量的轻质反核，如反氦原子核。为了做到这一点，质子和铅原子被分别放在一个碰撞过程中。碰撞产生的粒子流，然后由ALICE实验的探测器记录。由于该探测器的几个子系统，研究人员可以检测到已经形成的反氦-3核，并跟踪它们在探测器材料中的踪迹。这使得量化一个反氦-3核与探测器材料相互作用并消失的概率成为可能。来自TUM和卓越集群ORIGINS的科学家们对实验数据的分析做出了重大贡献。

银河系对反氦原子核是透明的

利用模拟，研究人员能够将ALICE实验的发现转移到整个星系。其结果是。预计在暗物质粒子相互作用中产生的反氦-3原子核中，大约有一半会到达地球附近。因此，我们的银河系对这些反核有50%的渗透性。对于在宇宙辐射和星际介质之间的碰撞中产生的反核，随着反氦-3动量的增加，所产生的透明度从25%到90%不等。然而，这些反核可以根据其较高的能量与来自暗物质的反核区分开来。

这意味着反氦源自核不仅可以在银河系中进行长距离的旅行，而且还可以作为未来实验的重要资料。根据有多少反氦核到达地球以及以何种能量到达地球，由于新的计算结果，这些旅行良好的信使的来源可以被解释为宇宙射线或暗物质。

未来太空中反氦原子核测量的参考依据

TUM自然科学学院的ORIGINS科学家Laura Fabbietti教授说："这是一个跨学科分析的极好例子，说明了粒子加速器的测量可以与太空中的宇宙射线研究直接联系起来。在LHC进行的ALICE实验的结果对于利用国际空间站上的AMS-02模块（阿尔法磁谱仪）在太空中寻找反物质具有重要意义。从2025年开始，北极上空的GAPS气球实验也将检查入射宇宙射线的反氦-3。"