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  • 暗物质神秘面纱有望被揭开

    中国教育装备采购网 2013/4/17 16:49:00 围观1734次 我要分享

      编者按:关于暗物质,一直是各国科学家努力探索想要早日窥见其真面目。近日,有消息称,苏达州北部废弃的索丹铁矿是一处探索暗物质粒子的地下实验室,科学家发现了三个潜在的暗物质粒子。虽然还没有完全的确认,但是进一步探索的工作已经开展开来。

      美国德州A&M大学高能量物理学家鲁帕克-马哈帕特拉进行了国际超级冷冻暗物质搜索实验(SuperCDMS),他指出,类似大质量弱相互作用粒子(WIMPs)的信号达到3级西格玛水平,在高能量物理领域,具有5级西格玛水平的证据是一项重大发现。因此这项发现是非常令人兴奋的,但相关证据并非完全令人信服,我们需要更多的数据进行确认。

      众所周知,难以捉摸的大质量弱相互作用粒子很少与正常物质发生交互,因此很难进行探测。科学家认为它们像桌球一样偶尔反弹和分散,原子核残留少量能量,能够被地下深处的大型强子对撞机以及空间站阿尔法磁谱仪的相关仪器跟踪分析。马哈帕特称,在CDMS-II实验中,硅探测器大量曝光获得了最新分析资料,这是该实验的初期阶段,共有来自18个国际性研究机构的50多位科学家参与研究实验。

      如果该发现被证实是正确的,那么暗物质粒子将指向大质量弱相互作用粒子,其有助于揭示宇宙中的27%暗物质构成之谜,我们目前看到的星系仅占宇宙组成的5%。自20世纪30年代以来,科学家对暗物质及其性质感到困惑,花费了数十亿美元建立地下实验室寻找暗物质,低温暗物质搜寻计划进行的一系列实验收集到三个高能事件。根据参与研究的科学家介绍:“低温探测实验发现可能是大质量弱相互作用粒子的信号,并猜测其质量为86亿电子伏特,大约为9倍质子质量。”

      阿尔法磁谱仪(AMS-02)造价高达20亿美元,探测暗物质粒子计划由来自16个国家56所科研机构参与在过去的18个月内,ISS上的宇宙射线记录仪发现了可能是第一个暗物质物理痕迹,即大量出现的正电子“涌浪”,科学家认为这是由于暗物质湮灭导致了正电子的大量增加,传统意义上的暗物质探测主要是通过暗物质湮灭或者相互作用现象来发现,比如两个暗物质湮灭后也会释放伽马射线等。针对暗物质粒子湮灭释放正负电子对的解释,意大利物质学家马约拉纳曾提出了一种波动方程,用于说明暗物质可能是马约拉纳粒子。

      在最近五年,科学家通过锗探测器的高度敏感性开始对暗物质粒子进行研究,过去的暗物质粒子实验中,其结果都低于科学家的预期质量区间。对此,加州理工学院理论物理学家肖恩·卡罗尔等认为宣布这一发现显得太早了些,如果低温暗物质搜寻计划的数据得到确认,那么其他暗物质搜寻实验也将为转入相关研究,为暗物质粒子最终被确认提供依据。目前暗物质探索实验包括阿尔法磁谱仪(AMS)、南达科他州矿井地下氙(Lux)实验、超低温暗物质搜寻计划以及Xenon1T探测器等。

      作为欧洲核子研究中心巨型AMS粒子探测器的首席科学家,丁肇中认为需要更多的数据进行研究,在未来几个月内,AMS的数据将告诉我们这些突然出现的正电子信号是否与暗物质有关,或许它们是一些其他宇宙源产生的,比如脉冲星产生的辐射等。欧洲核子研究中心的物理学家波林加尼翁认为AMS的精度可以揭开暗物质的面纱,如果发现暗物质直接证据,这将是一个了不起的成就,就像发现了新大陆,打开了另一个世界的大门。

      当暗物质粒子通过AMS-02时,仪器就会记录下它们的速度、能量和方向等信息,这项研究涉及16个国家的56个科研机构。目前科学家收集到的数据显示,AMS探测器收集到超过40万个电子与它们对应的正电子信息,科学家正在研究通过AMS的正负电子流中,正电子占了多少比率,这项研究结果也暗示了一个新的现象,即大量出现的正电子可能有两个来源,第一个是由暗物质粒子湮灭产生,第二是来自银河系中脉冲星周围形成的反物质粒子。除了在ISS上探测暗物质粒子外,科学家也在地下深处的实验室寻找该粒子踪迹,暗物质与暗能量被认为是当今物理学最重要谜团之一,AMS实验或许仅仅是一个开始。

      科学家们称我们证实暗物质微粒存在的证据具有99.8%可靠性,我们希望达到99.9999%可靠性,在3级西格玛水平,暗示获得重要发现;当达到4级西格玛水平,是有证据表明获得重要发现;达到5级西格玛水平将证实获得重要发现。

      暗物质粒子存在较大的质量可解释为什么宇宙中存在的暗物质总量比普通物质要多很多,一些理论家认为普通物质与暗物质之间存在一个被称为宇宙分枝进化的过程,这两种粒子在数量上出现一定的平衡,这要么是一个惊人的巧合,要么是一个重要的搜寻暗物质粒子线索。

    来源:仪器信息网 我要投稿
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