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40万个正电子或源自暗物质(国际视点)

发布时间:2021-09-27

  当地时间4月3日,诺贝尔奖获得者、美国麻省理工学院华裔物理学家丁肇中在日内瓦欧洲核子研究中心宣布,他所率领的阿尔法磁谱仪项目团队取得了重大实验成果:目前已发现的40万个正电子或许来自同一个源头——人们一直寻找的暗物质。

  相关研究报告已发表在当天出版的著名学术期刊《物理评论快报》上,该刊的一篇署名评论指出,虽然现在还无法完全排除其他可能性,但这一最新研究成果是“对人们已经捕捉到暗物质迹象的强烈暗示”。

  美国航天局局长查尔斯·博尔登3日发表声明说,阿尔法磁谱仪首批研究成果“将有助于促进对基础物理学和天体物理学领域新的理解”。他表示,航天局“期盼更多来自这一项目的令人激动的成果”。

  大概80年前,天文学家惊奇地发现,与预想中的速度相比,某些星系团中的星系运动速度更快,仅靠能看到的发光物质所产生的引力场根本无法把它们束缚住,所以猜测这些星系团中还存在着观察不到、但也能提供引力的神秘物质。由于这种物质不发光,被科学家称为暗物质。

  根据诺贝尔物理学奖获得者李政道的看法,“暗物质是笼罩20世纪末和21世纪初现代物理学的最大乌云,它预示着物理学的又一次革命”。目前,寻找暗物质粒子、研究暗能量的物理本质、探索宇宙起源及演化的奥秘、结合粒子物理和宇宙学的研究已成为21世纪天文学和物理学发展的一个重要趋势。

  研究人员表示,安装在国际空间站上的阿尔法磁谱仪2在过去10多个月中搜集到的数据,很可能使暗物质的存在第一次有了证据支持。虽然这一仪器无法对暗物质直接定位,但它具有在宇宙中找到暗物质粒子相撞后所产生的残碎物的本领。

  阿尔法磁谱仪项目由丁肇中负责,包括中国科学家在内的全世界600多名科研人员参与了有关研究,而参与这一项目的全世界54个科研机构中,中国的中科院电工所位列第七。“如果缺少了中国科学家,如何将大型磁体放入太空这一几十年来的难题恐怕现在还无法解决,”丁肇中表示。中科院高能物理研究所在陈和生院士的领导下,在阿尔法磁谱仪的研制和数据分析方面做出了重要贡献。阿尔法磁谱仪的永磁体是由中科院电工所、高能所和中国运载火箭研究院在北京研制的。

  科学家寻找暗物质的征程,从上世纪60年代便开始了。1998年6月,阿尔法磁谱仪1作为磁谱仪项目的实验机搭乘“发现”号航天飞机进入太空10天,掌握了大量的重要数据,而中国制造的永磁体系统构成了这一仪器的核心部分。

  2011年5月16日,“奋进”号航天飞机进行了退役前的最后一次太空之旅,此行的主要任务便是为空间站送去最先进的宇宙粒子射线。安放在空间站上的这个设备,使科学家寻找暗物质和探索宇宙起源问题的步伐向前迈进了一大步。此前,怎样才能把这个桌子大小的磁体送入太空,困扰了科学家将近40年。

  迄今为止,阿尔法磁谱仪2已观测了能量高达数万亿电子伏特的311亿个宇宙射线日放置到空间站,到去年12月10日的头18个月中,阿尔法磁谱仪2对250亿个初级宇宙射线进行了分析,科学家们确认了680万个电子及其反粒子——正电子的事例。由阿尔法磁谱仪2探测的40多万个正电子,是目前最多的在太空中直接观测、分析的高能量反物质粒子。

  阿尔法磁谱仪2并不是唯一的暗物质探测设备,却是目前灵敏度最高、最复杂和最昂贵的设备。尽管此前的不同实验都捕捉到了某些让人们怀疑是暗物质信号的“反常”迹象,但实验的灵敏度不高,让所发现的迹象无法得到确认。科学家认为,欧洲大型强子对撞机实验、中国四川锦屏地下的暗物质探测器实验,也有可能在不远的将来获得暗物质研究方面的新发现。

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