因为我们还没有找到任何东西，所以我们开始怀疑暗物质是否比我们想象的更轻或更重。

看不见的暗物质占宇宙质量的大部分，远远超过我们能看到的物质数量。 （图片来源：暗物质，R. Caputo 等人，2016 年;背景，中密歇根大学的 Axel Mellinger）

新的研究表明，暗物质不能太重，否则可能会破坏我们对宇宙的最佳模型。

我们有大量证据表明宇宙中正在发生一些可疑的事情。恒星在星系内的轨道运行得太快了。星系在星系团中移动得太快了。结构增长和进化得太快。如果我们只计算我们能看到的物质，那么根本没有足够的引力来解释所有这些行为。

绝大多数宇宙学家认为，所有这些现象都可以通过暗物质的存在来解释，暗物质是一种假设形式的物质，它是大质量的，电中性，几乎不与正常物质相互作用。这种暗物质构成了宇宙中质量的大部分，远远超过发光物质的数量。

暗物质的身份仍然是一个谜，因为旨在探测杂散、罕见碰撞的实验未能发现任何东西。但这些实验的重点是针对特定的质量范围：大约 10 到 1,000 千兆电子伏特 （GeV）。（一 GeV 相当于 10 亿电子伏特。这位于已知最重的粒子范围内，例如 W 玻色子和顶夸克。几十年来，理论家们都支持这个质量范围，因为粒子物理学标准模型的几个简单扩展预测了这种粒子的存在。

不过，因为我们还没有找到任何东西，所以我们开始怀疑暗物质是否比我们想象的更轻或更重。但是，根据发表在预印本数据库 arXiv 上的一篇新论文，较重的暗物质会遇到一些严重的问题。

问题是暗物质有时确实会与正常物质相互作用，即使很少。但在早期宇宙中，当宇宙更热、更密集时，这些相互作用要频繁得多。最终，随着宇宙的膨胀和冷却，这些相互作用减慢然后停止，导致暗物质“冻结”并在背景中保持沉默。

虽然有很多很多潜在的暗物质候选模型，但许多模型通过涉及希格斯玻色子的交换与常规粒子相互作用——希格斯玻色子是一种基本粒子，几乎与所有其他粒子相互作用，并通过这些相互作用为这些粒子注入质量。

我们知道希格斯玻色子的质量：大约 125 GeV。研究人员发现，这个质量为大多数候选暗物质的可能质量设定了一个基本上限。

问题在于物理学中的所有交互都是双向的。希格斯粒子与暗物质和常规物质对话，在许多模型中，它介导它们之间的相互作用。但这两种物质也都与希格斯家族对话。这些相互作用表现为对希格斯玻色子质量的轻微修改。

对于标准模型粒子，我们可以计算这些校正和反馈相互作用，这就是理论家在检测到希格斯玻色子之前就预测希格斯玻色子质量的方式。

研究人员发现，如果暗物质粒子的质量大于几千 GeV，那么它对希格斯质量的贡献将非常重要，使其偏离其观测值。而且由于希格斯在决定许多其他基础物理学方面如此重要，它基本上会完全关闭粒子相互作用。

但是，有可能绕过此限制。暗物质可能根本不与常规粒子相互作用，或者相互作用可能通过一些不涉及希格斯的奇特机制发生。但这些模型很少而且相距甚远，需要大量的微调和额外的步骤。

或者可能是暗物质比我们想象的要轻。如果我们不认为重暗物质是一个可行的候选者，那么随着我们继续了解宇宙的这个神秘组成部分，我们可以将精力集中在另一个方向。人们对轴子的兴趣已经激增，轴子是一些粒子物理模型中预测的超轻粒子，可能是一种可行的暗物质候选者。

在实验方面，如果这个结果得到证实并认为对暗物质粒子质量的广泛限制，我们可以改进和重新设计我们的实验，以寻找低质量而不是高质量的粒子。