暗物质，研究人员认为它约占宇宙质量的80%，是现代物理学中最神秘的谜团之一。它的确切性质以及它是如何形成的仍然是一个谜，但约翰斯·霍普金斯大学的一项新研究现在提出，暗物质可能在大爆炸之前就已经存在。该研究于8月7日发表在《物理评论快报》上，提出了一种关于暗物质是如何诞生以及如何通过天文观测识别它的新思路。研究揭示了粒子物理学和天文学之间的新联系。
如果暗物质由大爆炸之前诞生的一种新粒子组成，它们会以独特的方式影响星系在天空中分布的方式。这种联系可以用来揭示暗物质的身份，并推断大爆炸之前的情况。尽管对暗物质的起源知之甚少，但天文学家已经表明，暗物质在星系和星系团的形成中起着至关重要的作用。虽然不能直接观测到，但科学家通过可见物质在空间中的运动和分布的引力效应知道暗物质的存在。长期以来，研究人员认为暗物质一定是大爆炸的残留物质。
研究人员一直在寻找这种暗物质，但迄今为止所有实验搜索都未成功。如果暗物质真的是大爆炸的残留物，那么在许多情况下，研究人员应该已经在不同的粒子物理实验中看到了暗物质的直接信号。使用一种新的、简单的数学框架，研究表明暗物质可能在大爆炸之前的宇宙膨胀时期就已经产生，当时空间正在非常迅速地扩张。这种快速扩张被认为会导致某些称为标量粒子的产生。到目前为止，只发现了一种标量粒子，即著名的希格斯玻色子。
我们不知道暗物质是什么，但如果它与任何标量粒子有关，它可能比大爆炸更古老。通过提出的数学情景，我们不必假设可见物质和暗物质之间存在除引力之外的新型相互作用，我们已经知道引力的存在。尽管暗物质可能在大爆炸之前存在的想法并不新鲜，但其他理论家一直无法提出支持这一想法的计算。新研究表明，研究人员总是忽略了暗物质起源的最简单的数学情景。
新研究还提出了一种通过观察暗物质在宇宙物质分布中留下的痕迹来测试暗物质起源的方法。虽然这种暗物质在粒子实验中过于难以捉摸，但它可以在天文观测中揭示其存在。当欧几里德卫星于2022年发射时，我们将更多地了解暗物质的来源。看到它将揭示关于暗物质的内容以及其发现是否可以用来窥视大爆炸之前的情况，将会非常令人兴奋。