论文部分内容阅读
▲位于国际空间站外部的AMS-02（阿尔法磁谱仪2）是目前灵敏度最高，也是最复杂、最昂贵的一台暗物质探测设备。
在现代天文学界和物理学界，有一个困扰现代物理学发展的重大难题，它就是被科学家称为“世纪之谜”的暗物质。4月3日，诺贝尔奖得主、美籍华人物理学家丁肇中在日内瓦欧洲核子中心，首次公布其领导的阿尔法磁谱仪（以下简称AMS）项目在历时18年后的第一个实验结果：AMS已发现超过40万个正电子，这些正电子有可能来自于脉冲星或者人类一直寻找的暗物质。据了解，这是目前世界首次在太空中直接观测、分析到的高能量反物质粒子，让人类首次打开了一扇从太空观测宇宙射线的大门，人类对暗物质的理解和检测实现新突破。
究竟什么是暗物质？人类为什么长期苦寻不得？发现它又有什么作用？
它无所不在，却又无迹可寻，没有它就没有我们的宇宙，更谈不上今天的人类，它就是暗物质。
想象一下，在一个漆黑的夜晚，你飞行在崇山峻岭之上，你知道下面有连绵起伏的山峦，但是你无法看见。突然，山坡上几户人家的灯光进入了你的视野。这星点的灯光勾勒出了山的轮廓，同时也使你明白在远处的黑暗中还隐藏着更大的山体。
现在，科学家们所面对的情况与此相似。研究证明，在宇宙中，包括我们熟悉的太阳、银河系以及所有发光的物质，只是其中极小的一部分。相反，宇宙中的暗物质占了将近1/4，暗能量占了近3/4。我们身处的可能是一个原来从不了解的宇宙：一种完全不为人知的物质和能量正控制着我们，主宰着宇宙的未来。
如果不了解暗物质的性质，就不能说我们已经了解了宇宙。现在已经知道了两种暗物质——中微子和黑洞，但是它们对暗物质总量的贡献非常微小，暗物质中的绝大部分现在还不清楚，暗物质和暗能量仍然是现代天文学和物理学最大的谜团之一。而这一次，AMS项目的这批成果使得对暗物质的理解和检测实现新进展。
自1933年起，科学家们就一直在暗物质是否确切存在这个问题上争论不休。
大约75年前，人类第一次发现了暗物质存在的迹象。1937年，瑞士天文学家弗里兹·扎维奇发现，大型星系团中的星系具有极高的运动速度，然而星系的运行速度远远超出万有引力公式计算出的结果，这表明除了人类已知的星系团核心物质对该星系的引力外，还存在其他引力，就此，天文学家现代意义上的暗物质概念由弗里兹·扎维奇提出。天文学家由此进一步推断，在人类已知的宇宙物质之外，还有一种物质存在。
2006年，美国天文学家利用钱德拉X射线望远镜对星系团1E 0657-56进行观测，无意间观测到星系碰撞的过程，星系团碰撞威力之猛，使得暗物质与正常物质分开，因此发现了暗物质存在的直接证据。
2007年5月，美国宇航局报告说，一个天文学家小组利用哈勃太空望远镜，探测到了位于遥远星系团中呈环状分布的暗物质。天文学家们称，这是迄今为止能证明暗物质存在的最强有力证据。
而此前的同年1月，由美国加州理工学院天文学家理查德·麦西所领导的一支科研团队历经数年最终绘制完成首张宇宙暗物质三维数字地图。在三维地图中，人们可以清楚地发现，随着时间的流逝，暗物质的数量会变得越来越多，这与天文学界目前的理论完全吻合。此次绘制完成宇宙暗物质三维数字地图，对于人类研究宇宙的起源以及未来演化具有极为重要的意义。
2009年12月，一则“美国科学家在废弃的地下铁矿中探测到两个暗物质粒子”的消息，成为全球科学界的一件大事。科学家在美国明尼苏达州北部一个0.75公里深的废弃铁矿中发现暗物质，又强有力地证实了暗物质的存在。
2010年欧洲和中国的天文学家宣称他们在太阳附近发现了大量的暗物质。对于地球和太阳附近的太空中存在多少暗物质，专家们则不很确定。
自1937年后的70多年的研究、分析充分表明，这一至今未被人们观测到的物质即“暗物质”在宇宙中的确存在，而且在宇宙中所占的份额远远超过目前人类可以看到的物质。
然而，尽管多年来的天文大尺度观测结果间接验证了暗物质的存在，但物理上直接的观测证据到现在还没有找到。也就是说，人类还不知道暗物质究竟以怎样的形式存在，或许以别的人类未知的形式存在……
直到2012年7月4日，英国《新科学家》周刊报道提及，德国慕尼黑大学天文台的约尔格·迪特里希及其研究团队首次称已探测到一个超星系团的丝状物中的暗物质成分。这个超星系团名为“阿伯尔222/223”，距地球约27亿光年。这才意味着暗物质在物理上的研究取得突破性进展。
这一次，阿尔法磁谱仪国际研究小组公布了最新的实验结果：大约40万个正电子可能来自暗物质粒子湮灭，未来数个月内或将揭开暗物质粒子之谜。这意味着暗物质之谜或将破解。
AMS项目的首要目的也是寻找宇宙中的暗物质及其起源。1995年，丁肇中率领的团队开始进行阿尔法磁谱仪项目实验，“AMS-01（阿尔法磁谱仪1）”于1998年6月随美国“发现”号航天飞机升空开始科学探索。虽然“AMS-01”拿到了大量的数据，但并没有发现科学家所要的暗物质和反物质。
此后，科学家开始研制“AMS-02（阿尔法磁谱仪2）”。 2011年5月16日，美国“奋进”号航天飞机执行最后一次任务，耗资5亿美元将AMS-02送至国际空间站。
AMS项目这个国际空间站上唯一的大型科学实验让暗物质研究取得了突破性进展。由AMS探测的超过40万个正电子，是当前最多的在太空中直接观测、分析的高能量反物质粒子。此前包括美国费米望远镜等项目都曾观察到过量正电子现象，但数据误差很大。虽然误差只有1%但相当于肉眼和精密显微镜的区别。
在丁肇中看来，这次研究成果支持了正电子来源于暗物质，可是没有完全的证据。这是朝着人类认识暗物质方向前进的重要一步，但不是最终答案。
“在未来几个月的时间里，阿尔法磁谱仪将能够确定地告诉我们这些正电子是不是暗物质的信号，或者它们是不是有其他起源。”丁肇中还认为，目前收集到的数据是AMS-02预期收集数据的10%左右，还有很多未知等待科学家们去探测。（本刊综合）※
在现代天文学界和物理学界，有一个困扰现代物理学发展的重大难题，它就是被科学家称为“世纪之谜”的暗物质。4月3日，诺贝尔奖得主、美籍华人物理学家丁肇中在日内瓦欧洲核子中心，首次公布其领导的阿尔法磁谱仪（以下简称AMS）项目在历时18年后的第一个实验结果：AMS已发现超过40万个正电子，这些正电子有可能来自于脉冲星或者人类一直寻找的暗物质。据了解，这是目前世界首次在太空中直接观测、分析到的高能量反物质粒子，让人类首次打开了一扇从太空观测宇宙射线的大门，人类对暗物质的理解和检测实现新突破。
究竟什么是暗物质？人类为什么长期苦寻不得？发现它又有什么作用？
它无所不在，却又无迹可寻，没有它就没有我们的宇宙，更谈不上今天的人类，它就是暗物质。
想象一下，在一个漆黑的夜晚，你飞行在崇山峻岭之上，你知道下面有连绵起伏的山峦，但是你无法看见。突然，山坡上几户人家的灯光进入了你的视野。这星点的灯光勾勒出了山的轮廓，同时也使你明白在远处的黑暗中还隐藏着更大的山体。
现在，科学家们所面对的情况与此相似。研究证明，在宇宙中，包括我们熟悉的太阳、银河系以及所有发光的物质，只是其中极小的一部分。相反，宇宙中的暗物质占了将近1/4，暗能量占了近3/4。我们身处的可能是一个原来从不了解的宇宙：一种完全不为人知的物质和能量正控制着我们，主宰着宇宙的未来。
如果不了解暗物质的性质，就不能说我们已经了解了宇宙。现在已经知道了两种暗物质——中微子和黑洞，但是它们对暗物质总量的贡献非常微小，暗物质中的绝大部分现在还不清楚，暗物质和暗能量仍然是现代天文学和物理学最大的谜团之一。而这一次，AMS项目的这批成果使得对暗物质的理解和检测实现新进展。
自1933年起，科学家们就一直在暗物质是否确切存在这个问题上争论不休。
大约75年前，人类第一次发现了暗物质存在的迹象。1937年，瑞士天文学家弗里兹·扎维奇发现，大型星系团中的星系具有极高的运动速度，然而星系的运行速度远远超出万有引力公式计算出的结果，这表明除了人类已知的星系团核心物质对该星系的引力外，还存在其他引力，就此，天文学家现代意义上的暗物质概念由弗里兹·扎维奇提出。天文学家由此进一步推断，在人类已知的宇宙物质之外，还有一种物质存在。
2006年，美国天文学家利用钱德拉X射线望远镜对星系团1E 0657-56进行观测，无意间观测到星系碰撞的过程，星系团碰撞威力之猛，使得暗物质与正常物质分开，因此发现了暗物质存在的直接证据。
2007年5月，美国宇航局报告说，一个天文学家小组利用哈勃太空望远镜，探测到了位于遥远星系团中呈环状分布的暗物质。天文学家们称，这是迄今为止能证明暗物质存在的最强有力证据。
而此前的同年1月，由美国加州理工学院天文学家理查德·麦西所领导的一支科研团队历经数年最终绘制完成首张宇宙暗物质三维数字地图。在三维地图中，人们可以清楚地发现，随着时间的流逝，暗物质的数量会变得越来越多，这与天文学界目前的理论完全吻合。此次绘制完成宇宙暗物质三维数字地图，对于人类研究宇宙的起源以及未来演化具有极为重要的意义。
2009年12月，一则“美国科学家在废弃的地下铁矿中探测到两个暗物质粒子”的消息，成为全球科学界的一件大事。科学家在美国明尼苏达州北部一个0.75公里深的废弃铁矿中发现暗物质，又强有力地证实了暗物质的存在。
2010年欧洲和中国的天文学家宣称他们在太阳附近发现了大量的暗物质。对于地球和太阳附近的太空中存在多少暗物质，专家们则不很确定。
自1937年后的70多年的研究、分析充分表明，这一至今未被人们观测到的物质即“暗物质”在宇宙中的确存在，而且在宇宙中所占的份额远远超过目前人类可以看到的物质。
然而，尽管多年来的天文大尺度观测结果间接验证了暗物质的存在，但物理上直接的观测证据到现在还没有找到。也就是说，人类还不知道暗物质究竟以怎样的形式存在，或许以别的人类未知的形式存在……
直到2012年7月4日，英国《新科学家》周刊报道提及，德国慕尼黑大学天文台的约尔格·迪特里希及其研究团队首次称已探测到一个超星系团的丝状物中的暗物质成分。这个超星系团名为“阿伯尔222/223”，距地球约27亿光年。这才意味着暗物质在物理上的研究取得突破性进展。
这一次，阿尔法磁谱仪国际研究小组公布了最新的实验结果：大约40万个正电子可能来自暗物质粒子湮灭，未来数个月内或将揭开暗物质粒子之谜。这意味着暗物质之谜或将破解。
AMS项目的首要目的也是寻找宇宙中的暗物质及其起源。1995年，丁肇中率领的团队开始进行阿尔法磁谱仪项目实验，“AMS-01（阿尔法磁谱仪1）”于1998年6月随美国“发现”号航天飞机升空开始科学探索。虽然“AMS-01”拿到了大量的数据，但并没有发现科学家所要的暗物质和反物质。
此后，科学家开始研制“AMS-02（阿尔法磁谱仪2）”。 2011年5月16日，美国“奋进”号航天飞机执行最后一次任务，耗资5亿美元将AMS-02送至国际空间站。
AMS项目这个国际空间站上唯一的大型科学实验让暗物质研究取得了突破性进展。由AMS探测的超过40万个正电子，是当前最多的在太空中直接观测、分析的高能量反物质粒子。此前包括美国费米望远镜等项目都曾观察到过量正电子现象，但数据误差很大。虽然误差只有1%但相当于肉眼和精密显微镜的区别。
在丁肇中看来，这次研究成果支持了正电子来源于暗物质，可是没有完全的证据。这是朝着人类认识暗物质方向前进的重要一步，但不是最终答案。
“在未来几个月的时间里，阿尔法磁谱仪将能够确定地告诉我们这些正电子是不是暗物质的信号，或者它们是不是有其他起源。”丁肇中还认为，目前收集到的数据是AMS-02预期收集数据的10%左右，还有很多未知等待科学家们去探测。（本刊综合）※