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【科技日报】“沉默”的大多数 宇宙魅影暗物质
2017-11-13|文章来源:翟冬冬 |【
 

  中国科技网记者 翟冬冬

  你是否想过,举手投足间或许已经有暗物质悄无声息地穿过我们的身体。在浩瀚的宇宙中,我们能看到的恒星和气体等普通物质可能只占到了宇宙组成部分的5%,剩下的95%由暗物质和暗能量组成。

  在近日举办的国际“暗物质日”活动中,中国科学院高能物理研究所陈和生院士介绍,如果牛顿和爱因斯坦的引力理论是正确的话,我们必须得到这样的结论:我们所看见的是普通原子和分子,它们只占银河系的一小部分。银河系的周围有大量的光学不可见的物质形成的球状晕,包围可见的星系(银河系),它们的引力作用才能解释星系运动的规律。

  暗物质的行踪如此隐秘,主要是因为它不参与电磁和强相互作用。除了我们肉眼看不见,以往熟知探测手段如红外线、紫外线、X射线、伽马射线等,也看不到它。

  1933年,瑞士天文学家弗雷德·茨威基察觉到了暗物质的行踪。他在测量后发座星系团中星系的运动速度时发现,星系的实际运行速度比他预想的要大许多倍。茨威基得出结论,后发星系团中的物质总量比可见物质多了几百倍,其绝大部分质量的物质是不可见的。1975年美国天文学家薇拉鲁宾对仙女座星系中恒星的旋转速度进行了测量,她的观测结果证实了星系周围存在着五倍于普通发光物质的暗物质。

  暗物质和暗能量被喻为21世纪初物理学天空的两朵乌云。在暗物质研究方面,有一些理论模型和假设,如超对称理论,但都还没有得到任何实验观测的支持。暗物质到底是什么?我们现在还不知道。陈和生院士介绍,目前最流行的理论猜想是暗物质是一种具有弱相互作用的重粒子。

  近三十年来,寻找暗物质粒子一直是国际粒子物理实验的热点之一。为了追寻暗物质的身影,科学家们进行多种实验,目前探测暗物质的手段主要有三种:直接探测、间接探测和对撞机。

  直接探测实验是测量暗物质粒子与探测器的原子核的弹性碰撞所产生的原子核反冲信号。为了避免宇宙射线的干扰,直接探测需要将探测器放入到极深的地下,这样除了大气层,地壳也为实验屏蔽了大量的宇宙射线。在四川锦屏地下2400米的深山中,锦屏地下实验室正在进行着这项研究。

  间接探测是探测宇宙暗物质粒子和反粒子湮没产生的粒子的能谱,为了能够得到干净的暗物质湮没信号,间接探测实验通常在空间进行。目前间接探测暗物质实验主要有国际空间站上的阿尔法磁谱仪实验(AMS-02)和美国的费米伽马射线卫星实验。我国于2015年12月发射了 “悟空” 暗物质粒子探测卫星,正在用它的“火眼金睛”探寻暗物质存在的证据。

  对撞机探测则是在超高能对撞机上产生暗物质候选粒子。现在世界上最强有力的对撞机是欧洲核子中心的大型强子对撞机,在其数据中尚未发现有暗物质的迹象。

  据悉本次“暗物质日”科普活动由高能物理国际互联合作组织发起,涉及到了25各国家和地区,101个现场活动和13个线上活动。除了北京站外,上海站也在日前举办了精彩的暗物质日科普活动。


 
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