物理学系杨峤立副教授在暗物质研究取得突破成果
近日，物理学系杨峤立副教授以我校为第一作者及通讯作者单位，将其研究成果（Sub-MeV Bosonic Dark Matter, Misalignment Mechanism and Galactic Dark Matter Halo Luminosities）投稿至Physical Review D并被顺利接收发表。
杨峤立老师是物理学系2017年1月新引进的副教授，他于2012年博士毕业于美国佛罗里达大学，2013年-2016年在华中科技大学任职。他一直致力于暗物质和宇宙学方面的研究，这篇成果的发表标志着我系在该领域科研水平的显著提升，是我系在高水平大学建设中的重要成果之一。
暗物质的存在是本世纪物理学和天文学的重大发现之一。宇宙学的标准模型通过观测和数据分析表明宇宙物质的绝大部分组分是暗物质，其占比约为85%，而我们今天可以直接观测到的世界只占比不到20%，然而，暗物质本身并未被直接观测到，因此，它的具体属性和构成依然是一个未解之谜。
由于暗物质的存在小到星系尺度，大到宇宙学视界尺度都有不同程度的天文学和宇宙学观测支持，原初核子合成的巨大成功让人们相信暗物质不是由重子或者轻子构成的。并且，宇宙结构的形成和星系的演化要求暗物质粒子的动能远远低于其静质量，因此，人们普遍地认为暗物质是由一种温度非常低，相互作用非常弱的粒子构成的，这个模型被人们称作为冷暗物质模型。
轴子起源于温伯格解释强相互作用宇称电荷共轭守恒的理论，类轴子起源于超弦理论的空间紧致化，类轴子有着和轴子类似的属性，但是其参数空间限制比较少，轴子和类轴子都可以成为暗物质的重要组成部分。而暗光子起源于人们对hidden sector的研究， 其是一种类似普通光子但是具有不为零的静止质量的粒子，它和标准模型的物质除了引力相互作用之外，只有非常微弱的耦合。暗光子通过希格斯机制或者Stueckelberg机制获取质量，具备恰当质量的暗光子也可以是暗物质的良好候选者。
轴子，超弦理论中的类轴子和暗光子尽管理论起源各不相同，但是都可以通过misaligment机制在早期宇宙中产生，而成为暗物质的重要组成部分。我们新近的工作将轴子，类轴子和暗光子放在一个统一的框架下考虑，发现三者在暗物质候选者中的共性和特殊性。首先，三者都是玻色粒子，其次，三者的质量都非常小，因而，如果占据暗物质组成的重要部分，其粒子数密度必然非常高。再次，由于misaligment机制的特异性，其生成的粒子一产生便是非相对论性的，系统有效温度非常的低。因此，相应的暗物质粒子都将处于玻色凝聚的状态。我们进而提出可以通过观测星系暗物质晕的衰变产物，从而确定暗物质是轴子，类轴子还是暗光子。论文链接：（https://arxiv.org/abs/1610.08378）
（衰变费曼图）
（对暗光子[左]和类轴子[右]的参数空间限制）