天文学和宇宙学观测证据表明，宇宙中存在大量的不发光物质，我们称其为暗物质。暗物质占宇宙总物质的85%，在宇宙的形成和演化过程中起着极其的重要作用。因此，寻找更多的暗物质证据并确定其性质是当前天文学、粒子物理及宇宙学领域最为重要的任务之一，也是21世纪基础科学研究可能取得重大突破的方向之一。

图1：目前所有测量 W 玻色子质量的实验结果总结。

 最近，在经历长达十年的分析后，美国费米实验室CDF-II合作组在Science杂志上公布了W玻色子质量的最新实验结果：   GeV，其测量精度达到了万分之一，也是迄今为止世界上最为精确的测量结果。总结目前所有测量 W 玻色子质量的实验结果于图1。众所周知，W 玻色子及其中性伴子Z玻色子是自然界中传递弱相互作用的媒介粒子，是理解电弱对称性破缺机制和基本粒子质量起源的重要一环。而此次CDF-II合作组测量到的W玻色子质量与标准模型理论预言值存在7个标准偏差，这很可能暗示着超出标准模型之外新物理的存在，得到了全球物理学家的广泛关注。

图2：左为同时满足银心GeV伽马射线超出和反质子超出的暗物质质量区间（红色区域）；中为类标准模型希格斯粒子（SM-like Higgs）共振湮灭过程在暗物质直接探测上的观测前景（蓝色区域）；右为暗物质粒子与次轻中性希格斯粒子（A）共同湮灭过程在高亮度强子对撞机上的可观测预期（绿色区域）。

 武雷教授与合作者基于惰性双希格斯二重态模型研究发现，当暗物质粒子质量介在54～74GeV之间通过量子修正能很自然地解释W玻色子质量超出，并且与所有的其他现有实验结果一致。与此同时，更为有趣的是这样的暗物质粒子会在银河系产生可探测的GeV伽马射线信号与反质子信号，无需引入任何精细参数调节，而这两种对应信号很可能已经被Fermi-LAT和AMS-02观测到（图2左），也就是之前已经广被讨论的银心GeV伽马射线超出与反质子超出！此外，这种暗物质模型还预言存在类标准模型希格斯粒子（SM-like Higgs）共振湮灭以及暗物质粒子与次轻中性希格斯粒子（A）共同湮灭两种过程。这两种湮灭过程的信号在暗物质直接探测实验（图2中）和高亮度大型强子对撞机（LHC）实验（图2右）都具有很强的可检验性，对未来寻找暗物质粒子研究具有非常重要的理论指导意义。

 近日，该研究成果以“Inert Higgs dark matter for CDF II W-boson mass and detection prospects”为题发表在物理学国际顶级期刊《Physical Review Letters》。这也是该杂志接受发表的首篇有关W玻色子质量超出的理论论文。该研究得到了国家自然科学基金委、前沿物理与交叉科学研究院、理论物理研究所、彭桓武科教合作中心等资助。

论文链接：//journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.091802