丁肇中團隊發現宇宙中“暗物質”存在線索 [複製鏈接]

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發表於 2013-4-4 10:02:58 |只看該作者 |倒序瀏覽

人類對暗物質的理解和檢測實現新進展。日內瓦時間4月3日下午5點(北京時間4月4日零點)，諾貝爾物理奬獲得者丁肇中教授在日內瓦歐洲核子中心，首次公佈其領導的阿爾法磁譜儀(AMS)項目18年之後的第一個實驗結果——已發現的40萬個正電子可能來自一個共同之源，即脈衝星或人們一直尋找的暗物質。

按照合作協議，丁肇中教授通知負責AMS項目熱系統工程的山東大學程林教授，在濟南進行同一文稿的中文發佈。

目前，尋找暗物質粒子、研究暗能量的物理本質、探索宇宙起源及演化的奧秘、結合粒子物理和宇宙學的研究已成為21世紀天文學和物理學發展的一個重要趨勢。諾貝爾物理學奬獲得者李政道教授曾多次指出：“暗物質是籠罩20世紀末和21世紀初現代物理學的最大烏雲，它將預示著物理學的又一次革命。”

暗物質不發光，也就是不發齣電磁波，所以看不見，但與通常物質一樣，暗物質有引力作用。這個引力效應讓天文學傢在宇宙空間發現暗物質占宇宙的23%，另外73%是暗能量。而組成我們身邊這個世界的常規物質隻占4%。雖然人們早已經猜測到暗物質可能存在，但一直以來從未明確探測到暗物質粒子，因此，還不能確定暗物質的性質。

丁肇中團隊使用的阿爾法磁譜儀(AMS)，是安置於太空中的精密粒子探測裝置，是目前靈敏度最高，也是最複雜、最昂貴的一臺暗物質探測設備，代表瞭當今科學實驗的最高技術手段，由16個國傢和地區的600餘名科學傢歷時近18年完成，耗資21億美元，實驗過程可能持續15至20年。

在此之前，在不同的實驗上都看到瞭一些“反常”跡象，人們懷疑這些就是暗物質的信號。但是，由於實驗的靈敏度還不夠，這些跡象都還無法確認為暗物質的信號。

2011年5月16日，AMS搭乘美國“奮進”號航天飛機的最後一個航班，送入太空，在未來20年內，這個實驗是國際空間站上唯一的大型科學實驗。丁肇中曾說：“這將使我們能夠直至宇宙的邊緣尋找反物質宇宙的存在。”

在太空運行的第一年，AMS已經收集瞭160億個宇宙綫數據，遠遠超過瞭上個世紀收集到的宇宙射線數據的總和。

2011年5月19日放置至今，AMS已觀測311億個宇宙射線，其能量高達數萬億電子伏特。宇宙射線信號傳送到地面，由AMS實驗項目組分析。

從2011年5月19日至2012年12月10日的前18個月的太空實際探測運轉中，AMS分析瞭250億個初級宇宙射線。其中，科學傢們確認瞭680萬個電子及其反粒子——正電子的事例。

由AMS探測的超過40萬個正電子，是當前最多的在太空中直接觀測、分析的高能量反物質粒子。

丁肇中團隊的第一個實驗結果認為，高能的正電子不是來自空間某個特定的方向，這些特性表明瞭新物理現象的論據。這次研究成果在丁肇中看來是朝著人類認識暗物質方向前進的重要一步，但不是最終答案。“我們需要更多的統計量來研究，目前的結果是基於預期收集總數據量的約十分之一的數據。”

由於AMS的精確度及可用之高的統計量，AMS磁譜儀被科學傢認為有能力探索新物理。

曾與丁肇中一起工作的山東大學泰山學者特聘教授、粒子物理學傢王萌認為，這是粒子物理和高能物理界期待很久的實驗結果。他相信，隨著AMS最終發佈的數據，將能最終澄清能譜是來源於暗物質粒子的碰撞還是銀河系的脈衝星。

在AMS項目中，熱系統是最關鍵的部分，因為AMS探測器的溫度波動必須保持在1攝氏度之內，然而由於地球和太陽的相對運動以及地球的自轉等因素，AMS的溫度環境每天都在發生改變。

山東大學領導瞭AMS熱系統構建的所有進程。山東大學程林教授作為AMS熱系統總負責人，全面承擔瞭設計、組裝和太空驗證AMS整個熱系統的全部工作。

在今天的發佈會上，程林教授說，在工作18年後，這是AMS項目給大傢的一個交代，是標誌性的成績，相信會有越來越多的論文發表，也許不會再等待18年，也許18個月就有新成果發佈。

他希望，合作夥伴有機會通過這個項目獲得諾貝爾物理學奬。

安置在國際空間站的阿爾法磁譜儀（AMS）。