港大-北师大合作项目揭示暗物质物理学的奥秘

近一个世纪以来，暗物质的奥秘一直是物理学中最长久、也最令人困惑的谜团之一。

尽管暗物质估计占宇宙中所有物质的85%，但研究它的困难在于，它不会发射、吸收或偏转光线，因此科学家只能通过其产生的引力效应间接探测它。此外，粒子物理学的标准模型是目前描述基本粒子、宇宙四大基本力中的三项基本力，以及支撑现代科技的主流理论框架，然而该标准模型至今仍无法解释暗物质的存在。

然而，越来越多的天文观测证据指出暗物质实际上可能由超轻粒子组成。由于它们的质量极低，这些粒子整体上会呈现类似波的行为，能够产生复杂的干涉图像，宛如海浪拍打海岸交汇时的场景。

为破解这一世纪谜团，来自香港大学（港大）的天体物理学家与北京师范大学（北师大）的研究团队合作开展的新研究提出了一种在物理层面上更贴近实际的方法，用于测试这些超轻暗物质粒子如何影响引力透镜图像，即遥远天体发出的光受到前景天体引力影响后形成的扭曲图像。

研究团队成员包括来自港大物理学系及香港天文及天体物理研究所(HKIAA)的林仁良教授和Amruth Alfred博士。研究人员首先基于星系确实由超轻暗物质构成这一假设，对引力透镜图像的特征作出预测。

相较于本研究中采用的对比模型，该模拟结果能够更准确地重现背景光源观测位置。研究结果显示引力透镜系统有望成为检验超轻暗物质模型的一种新途径，同时也凸显了高分辨率引力透镜观测在探索暗物质本质方面的潜力。

本研究项目源于港大学者前往北师大的学术访问，在双方的密切交流下，港大研究人员与北师大朱宗宏教授团队的李正祥博士，以及本研究第一作者周家君博士生共同执笔完成了本项发表。

林仁良教授表示：“在进行本研究前，我们无法预知哪些观测信号能被模拟捕捉，所以我们对预测结果充满了期待。在家君的勤恳工作下，我们得以高效地得出了这些卓越的成果，这让我们相信，本研究已为未来利用引力透镜效应来探索暗物质本质，开辟了一条全新的研究途径。”

研究团队计划在未来进一步研究其他效应，包括引力透镜图像亮度的变化。

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