暗光子与引力新現象研究獲新進展
中國科學院新疆天文台 ｜ 2025-05-31

宇宙中存在着大量無法通過電磁信號直接觀測的未知物質，被稱為暗物質，其中暗光子是一种重要的理論候選粒子。作為超出標准模型理論的新粒子，暗光子通過与光子動能項的混合，具有和光子相似的電磁相互作用；与光子不同的是，暗光子本身具有質量，与帶粒子的相互作用遠遠小于光子。

近日，中國科學院新疆天衝星團組高志福研究員与巴西里約熱内盧州立大學Luiz Carlos Garcia de Andrade博士合作，首次發現了暗光子在愛因斯坦-卡坦-霍爾斯特引力理論框架下誘導產生的特殊效應，并測定了關鍵物理參數—Barbero-Immirzi（BI）。該研究成果發表在《Eur. Phys. J. C》(2025, 85:433)。

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BI參數与迹撓率質量的分布直方圖

Barbero-Immirzi（BI）參數作為圈量子引力（Loop Quantum Gravity，LQG)，理論中的關鍵參數，可能對引力波的產生、傳播以及与物質的相互作用等方面產生影響、通過對BI參數的研究，可以探索其与暗物質、暗能量之間的潛在聯繫有望為解决宇宙中暗物質和暗能量的謎團提供新的思路和方法。此外，愛因斯坦-卡坦-霍爾斯特引力理論作為廣義相對論的一种重要擴展，在傳統的曲率基礎上進一步引入了空間的“撓率”（torsion）。撓率可以簡單理解為空間-時間的一种扭曲性質，它和物質的自旋存在聯繫對于深入研究物質和引力場的相互作用等方面有一定的作用。

研究團隊創新性地發現了撓率与另一种暗物質候選粒子—軸子之間的相互轉化机制，成功地證明了暗光子能够通過特定的引力耦合作用誘導產生BI參數。通過理論推導与數值模擬，研究團隊邃深入地探討了暗光子的磁螺度不穩定性，首次揭示了軸子的振蕩頻率如何受到BI參數的調控。 研究人員表示，此成果不僅深化了我們對宇宙早期演化過程的理解，也為在大型强子對撞机（Large Hadron Collider，LHC）等高能實驗中探測新物理現象提供了有力的理論支持。