这是物理学中最具争议的观测之一。但是，对于银河系中心神秘的高能光子过量现象，可能已经出现了解释。最新的分析表明，该信号可能来自暗物质粒子，其质量恰好适合在世界最大的粒子加速器中显现。
大型强子对撞机（LHC）位于瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心（CERN）粒子物理实验室，计划在为期两年的停机后，于今年夏天重启质子对撞（参见“LHC 2.0：宇宙新视野”）。那里的物理学家已告诉《自然》杂志，他们现在计划将寻找这种粒子作为对撞机第二次运行的首要目标。
如果成功探测到，将能解决银河系 γ 射线源的问题。同时，它还将揭示暗物质的本质，这种隐形的物质被认为构成了宇宙物质的约 85%，并将成为长期以来人们寻求的超对称性的证据，超对称性是扩展当前粒子物理学标准模型的宏大途径。
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“这很可能迄今为止提出的对银河系中心最 promising 的单一解释，”伊利诺伊州巴达维亚的费米国家加速器实验室（Fermilab）的 Dan Hooper 说，尽管他补充说，“还有很多其他的解释也紧随其后”。
2009 年，Hooper 和当时纽约大学的研究生 Lisa Goodenough 在 NASA 的费米伽马射线太空望远镜的数据中首次发现了该信号。他们提出，这个峰值是暗物质的特征。两个碰撞的暗物质粒子会像普通物质与反物质一样相互湮灭。湮灭会产生一系列寿命短暂的粒子，最终产生 γ 射线。
但是，这种被其支持者称为 hooperon 或 gooperon 的提议粒子，很快就遇到了物理学家最喜欢的超对称性版本的问题。尽管最小超对称标准模型（MSSM）允许暗物质粒子的质量估计与 hooperon 相当——约为 25–30 千兆电子伏特（1 GeV 大约是一个质子的质量）——但多项实验表明，粒子必须更重。为了容纳 hooperon，MSSM 必须进行修改，以至于许多物理学家感到不安。“这将需要一个全新的理论，”荷兰奈梅亨拉德堡大学的粒子物理学家 Sascha Caron 说，他领导着最新计算背后的团队。
怀疑论者认为，在费米数据中发现的 γ 射线过量现象有更平凡的解释，例如来自中子星的辐射或来自爆炸恒星的残骸。
但在 2014 年末，有消息称，与费米峰兼容的暗物质粒子质量范围的计算过于保守。费米科学团队和其他人提供的新估计表明，已知来源产生的 γ 射线“噪声”允许存在更重的粒子。“这种过量可以用高达 200 GeV 的粒子来解释，”加州大学欧文分校的物理学家、费米团队的首席科学家 Simona Murgia 说。
大爆炸拟合
有了这种认识，Caron 和他的合作者重新计算了 MSSM 理论的预测，并发现了对过量现象的另一种潜在解释——一种名为中性微子的现有暗物质候选者。中性微子的质量足够大，不会被之前的实验排除，但又足够轻，有可能在 LHC 的第二次运行中产生。
Caron 的模型还对大爆炸中应该产生的暗物质数量做出了预测，这与欧洲航天局普朗克探测器对宇宙微波背景（大爆炸的遗迹辐射）进行的最新观测结果相符（参见 Nature http://doi.org/38k; 2014）。他说，这不可能是巧合。“我发现这非常令人惊叹。”
Caron 的团队并不是唯一一个根据新估计重新分析费米峰的团队。费米实验室物理学家 Patrick Fox 和他的同事去年 11 月进行的类似但不太详细的计算也表明，中性微子可能是费米 γ 射线的潜在原因。斯德哥尔摩北欧理论物理研究所 Nordita 主任 Katherine Freese 说，她和她的合作者计算出，这种过量现象可能是由一种暗物质引起的，这种暗物质在不太流行的超对称性理论中出现。
解决方案可能近在咫尺。在大型强子对撞机 (LHC) 中产生中性微子之外，中性微子也可能在下一代地下实验的探测范围内，这些实验试图捕获恰好飞过地球的暗物质粒子，CMS 的物理学家 Albert De Roeck 说，CMS 是两个将寻找暗物质的 LHC 探测器之一。他说，如果这种粒子确实是 γ 射线的成因，“那么暗物质信号似乎应该很快就会被观测到”。
本文经许可转载，并于 2015 年 5 月 5 日首次发表。