暗物质如何与人体发生相互作用?

在宇宙学中,弄明白所谓的“丢失的宇宙质量”是许多重大挑战中的一个。

天文学家很早以前就知道银河系是依赖于引力而保持完整的。而该引力则取决于银河系所含物质的总量。银河系同时还在自转,由此产生的离心力驱使其物质飞离自身。

实际上,天文学家所观察到的银河系并未因为旋转而被撕裂。或许,银河系物质产生的引力大到足够阻止其发生。

但是,这一现象却引发了一个难题。天文学家可以看到在银河系中究竟有多少可见的物质。当他们把这些质量加在一起之后,却发现怎么都达不到所需的引力大小。那么,肯定有其他一些东西也在产生引力。

一个构想是,在银河系的尺度中,产生的引力比一般的大。这样很自然就可以产生多余的引力使得银河系凝聚在一起。

另一个构想是,银河系一定被天文学家看不见的一些物质所充斥着,我们称其为“暗物质”。让我们来算一算,这些玩意儿必须竟然要占据银河系80%的物质,因此,在我们周围应该有大把的。但是它们在哪呢?

物理学家也通过各种各样的探测器展开了搜索竞赛。不止一个小组声称他们发现在太阳系中暗物质大量存在的迹象,而且比许多理论预言的还要多得多。如果他们是对的,此时此刻,地球及其养育的万物正在深不见底的暗物质海洋中破浪前行。

今天,安那宝市的密歇根州立大学的Katherine Freese与瑞典斯德哥尔摩大学的Christopher Savage描述了这一切对于我们人类究竟意味着什么。尽管知道之后我们还是要在暗物质的浓雾中继续前行。

我们知道,管他暗物质是什么,它都不会与普通物质产生太强的相互作用。否则我们早就搞清楚暗物质的作用了。

尽管每秒钟有数以亿计的暗物质粒子穿过我们的身体。其中大部分在通过时都畅通无阻。但是,偶尔某一个暗物质粒子会与我们身体里的原子核发生碰撞。这种情况经常发生吗?

Freese和Savage计算了在平均尺寸的人体中,有多少原子核与穿过的暗物质粒子发生了碰撞。这里的平均尺寸,他们是指一块主要由氢、氧、碳、氮等元素构成的70公斤的肉块。

他们说暗物质与人体中氢原子核和氧原子核发生碰撞的可能性很大。关于暗物质的一般假设认为,碰撞一般每年发生大约30次。

但是,如果最后一次实验的结果正确的话,与暗物质相互作用的发生几率比预期的平常的多,所以,与人体碰撞的次数也要高出很多。Freese和Savage得到的计算结果是,地球上每个人每年要承受100000次的暗物质粒子碰撞。

这也就意味着,你在读这篇文章的这点时间里,很可能已经被暗物质击中了。

Freese和Savage没有估计在这样的碰撞背景计数率下对于健康的潜在影响。这个取决于能量大小、原子核被击中后的运动方式以及在人体组织附近产生破话的种类。

这表示,对于个人来说,潜在的风险一定是极其小的。但是对于具有巨大人口数量的人类又意味着什么呢?这对于生物物理学家来说将是令人感兴趣的下一步,当然,这需要一点时间来计算。

参考文献:Ref: arxiv.org/abs/1204.1339: Dark Matter Collisions With The Human Body


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