為了理解自然界的基本力和暗物質(zhì)的神秘成分，科學家們探索了各種創(chuàng)新方法，其中一種方法是利用天體作為天然實驗室。OSIRIS-REx任務瞄準了近地小行星貝努，為探究這些基本問題提供了獨特的機會。最近發(fā)表的一篇論文探討了從OSIRIS-REx任務數(shù)據(jù)中得出的第五種力和超輕暗物質(zhì)的約束。

第五種力和超輕暗物質(zhì)

在物理學中，已知的四種基本力是引力、電磁力、弱核力和強核力。然而，超出粒子物理標準模型的理論提出了第五種力的存在。這種假設的力可能由超輕玻色子介導，這些粒子具有極小的質(zhì)量，也是暗物質(zhì)的候選者。

超輕暗物質(zhì)，特別是以軸子或暗光子的形式，是暗物質(zhì)的有力候選者，暗物質(zhì)構成了宇宙質(zhì)量-能量內(nèi)容的約27%。這些粒子的質(zhì)量預計在10^{-22})到10^{-10}電子伏特之間。這些粒子與普通物質(zhì)的相互作用可能表現(xiàn)為偏離預期引力的現(xiàn)象，提供其存在的潛在跡象。

OSIRIS-REx任務

OSIRIS-REx任務由NASA于2016年發(fā)射，旨在研究近地小行星貝努。航天器于2018年12月抵達貝努，并進行了詳細的觀測和測量，包括繪制小行星表面、研究其成分和分析其軌道。2020年10月，OSIRIS-REx執(zhí)行了觸摸和離開（TAG）操作，從貝努表面采集樣本，并于2023年9月將樣本送回地球。

利用貝努探測第五種力

像貝努這樣的小行星由于其相對簡單的動力環(huán)境和其軌道可以精確跟蹤的特點，是測試新物理學的絕佳探針。OSIRIS-REx任務結合地面跟蹤數(shù)據(jù)，使科學家能夠對第五種力和超輕暗物質(zhì)施加嚴格的約束。

通過分析貝努的軌跡，研究人員可以檢測到任何可能表明第五種力存在的異常。這些異常將表現(xiàn)為偏離已知天體引力影響的現(xiàn)象。OSIRIS-REx的數(shù)據(jù)被用來推導出這種第五種力的強度和范圍的約束，特別是對于介質(zhì)質(zhì)量在10^{-18}到10^{-17}電子伏特范圍內(nèi)。來源: www.ws46.com

對超輕暗物質(zhì)的約束

對貝努軌道的精確跟蹤也允許測試超輕暗物質(zhì)模型。如果超輕暗物質(zhì)粒子，如軸子或暗光子，與普通物質(zhì)相互作用，它們可能會導致貝努運動中的可檢測擾動。OSIRIS-REx的數(shù)據(jù)在設定這些粒子與重子物質(zhì)耦合強度的上限方面發(fā)揮了重要作用。

例如，從貝努軌跡推導出的約束是目前對質(zhì)量范圍在10^{-18})到10^{-17}電子伏特的超輕暗物質(zhì)最嚴格的約束之一。這些結果具有重要意義，因為它們有助于縮小超輕暗物質(zhì)模型的參數(shù)空間，為未來的理論和實驗工作提供了寶貴的指導。

影響和未來前景

從OSIRIS-REx任務獲得的約束對我們理解基本物理學具有重要意義。它們?yōu)榈谖宸N力的存在和超輕暗物質(zhì)的性質(zhì)提供了可靠的限制，推動了發(fā)現(xiàn)超出標準模型的新物理學的努力。

未來的任務和觀測將繼續(xù)細化這些約束。即將進行的其他近地小行星任務以及地面跟蹤和天體測量技術的進步，將增強我們探究這些基本問題的能力。此外，OSIRIS-REx返回的樣本分析可能會揭示貝努的成分和性質(zhì)的進一步見解，可能提供關于暗物質(zhì)和第五種力的新線索。

結論

OSIRIS-REx任務對小行星貝努提供了一個獨特而有價值的數(shù)據(jù)集，用于測試第五種力和超輕暗物質(zhì)。從這次任務中得出的約束是迄今為止最嚴格的，特別是對于介質(zhì)質(zhì)量在10^{-18})到10^{-17}電子伏特范圍內(nèi)的情況。這些發(fā)現(xiàn)強調(diào)了小行星跟蹤作為探測新物理學和推進我們對宇宙基本成分理解的強大工具的潛力。