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科学家发现暗物质存在的迹象
分享 | 2013年04月04日 22:54  来源:本站原创

 

科学家发现暗物质存在的迹象

 

                                                       安装在国际空间站上的“阿尔法磁谱仪”(腾讯科学配图)

新华网北京4月4日电(记者吴陈、王昭、杨骏、刘军)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,一个让物理学界追寻半个多世纪的谜。

这个谜可能很快揭晓。当地时间3日,诺贝尔奖获得者、华裔物理学家丁肇中及其阿尔法磁谱仪项目团队宣布的成果,让人类在认识暗物质的道路上迈出重要一步。丁肇中团队借助阿尔法磁谱仪已发现40万个正电子,这些正电子可能来自人类一直寻找的暗物质。

丁肇中团队的报告当天发表在《物理评论快报》上。这份著名的学术刊物同时刊发署名评论说,新成果具有“史无前例的灵敏度”,尽管现在还不能排除其他可能性,但它“强烈暗示”人们已捕捉到了暗物质的痕迹。

美国航天局局长查尔斯·博尔登3日也发表声明说,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”,“我们期盼更多来自这一项目的令人激动的成果”。

阿尔法磁谱仪有颗“中国芯”

3日发表的丁肇中团队报告,后附一份长长的作者名单。阿尔法磁谱仪项目荟萃了全球54个科研机构的数百名研究人员,其中名列第七的是中国的中科院电工所。阿尔法磁谱仪有颗“中国芯”,它最关键的大型磁体来自中科院电工所。

当天晚间,丁肇中在办公室接受新华社记者采访时说,目前阿尔法磁谱仪收集到40万个正电子,远远超出人们的想象。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,而阿尔法磁谱仪的误差只有1%,“相当于肉眼和精密显微镜的区别。”

应该说,阿尔法磁谱仪在探寻暗物质的过程中立下了汗马功劳。但如何将一个桌子大小的磁体送入太空却困扰了科学家近40年。

早在上世纪60年代,丁肇中就踏上了追寻暗物质的征程。“我的创意是1994年2、3月时提出的,因为我在60年代末就做过反物质的实验,此后也经常考虑暗物质、反物质的问题,”丁肇中此前曾表示。

直到一次偶然的机会,丁肇中在美国一份文献中看到中科院电工所的论文,发现中国能制造很好的磁体,与其他国家的方案相比,电工所的永磁体方案具有重量轻、无漏磁、无二极磁矩及磁场均匀等优点。丁肇中把这一方案带回美国,获得一致肯定,随后与中方签署了合作合同。

“近40年无法解决的难题,最后还是由中科院电工所给解决了,”丁肇中说,“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。”

1998年6月,磁谱仪项目的实验机阿尔法磁谱仪1终于搭乘“发现”号航天飞机升空10天,获得了大量重要数据,其核心部分就是中国制造的永磁体系统。

2011年5月,阿尔法磁谱仪2搭载最后一班航天飞机,在国际空间站开始长达20年的太空探索,其核心部分仍是当年的“中国制造”。

除永磁体系统是中国制造外,磁谱仪项目的整体散热系统、轨迹探测器热控系统、地面模拟系统、电磁量能器结构和地面总装支撑设备的设计研制,也分别由山东大学、中山大学、东南大学和中科院高能物理研究所独立或参与完成;而台湾的中山科学院也为磁谱仪项目设计出了运行速度比美国航天局现行系统快10倍的电子控制系统。

站在寻找暗物质的制高点

2011年5月16日,美国“奋进”号航天飞机将阿尔法磁谱仪2送至国际空间站。3天后,阿尔法磁谱仪收集到的首批数据发回位于日内瓦的控制中心。这次最新公布的研究成果,就是基于阿尔法磁谱仪从2011年5月至2012年12月记录的250亿个宇宙射线事件。

获取数据只是第一步,对庞大的数据量进行分析才更关键。丁肇中此前接受新华社记者采访时说,如果把每个粒子、每道宇宙线经过磁谱仪都算一个数据,那么磁谱仪每天传回的数据都在100万至1000万个之间。

中国的中科院高能物理研究所承担了大量数据分析工作,此外,东南大学、中山大学和山东大学与美国麻省理工学院、德国亚琛大学、意大利和法国的科研机构等都加入了这一国际合作的大项目。

事实上,全球科学界长久以来对暗物质的探索并不止于阿尔法磁谱仪项目。中科院紫金山天文台的科研团队目前正与国内同行合作,加紧研制“暗物质粒子探测卫星”。相比阿尔法磁谱仪,中国研制中的这种卫星耗资少、重量轻,可望在暗物质探测领域取得突破。

探寻暗物质,既是各国科研机构和科学家的一场竞赛,也是一项合作,而中国科学家正在其中发挥着更多的智慧与努力。

 

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