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丁肇中教授公布阿尔法磁谱仪项目最新研究成果
2014-09-29 15:16:05   (被阅读 1071 次)
图片上:丁肇中在国际会议上演讲
图片中:丁肇中在做实验
图片下:丁肇中
台湾诺贝尔奖得主、美籍华人物理学家丁肇中带领的阿尔法磁谱仪团队在欧洲核子研究中心公布了其最新研究成果,在业已完成的观测中,暗物质的6个特征已有5个得到确认,进一步显示暗物质可能存在。
“这是个很不错的结果。”国家天文台宇宙暗物质暗能量组首席研究员陈学雷说,该探测设备的精度和准确度很高,结果意味着暗物质探测迈出了重要一步。
暗物质和暗能量被并称为21世纪现代物理学和天文学晴朗天空中的“两朵乌云”。在宇宙的构成中,人类已知物质为4%左右,暗物质的比例几乎是已知物质的6倍。
在陈学雷看来,暗物质是大自然给予人类的新提示,“我们本以为有一套很完美的描述大自然的体系,但后来发现,我们所能描述的仅是宇宙的冰山一角”。不过,由于暗物质不与电磁波等产生作用,目前科学家只能通过其与物质的相互作用来间接“观察”暗物质。基于暗物质碰撞产生正电子与反质子的原理在太空进行的湮灭实验,是探寻暗物质迹象的手段之一。丁肇中率领的团队正是湮灭实验的代表。
2013年4月3日,丁肇中向全世界第一次公布了实验数据结果——阿尔法磁谱仪探测到40万个正电子;比例上升平衡,没有出现峰值;正电子来源没有特定方向。但这些正电子是否是暗物质存在的证据,丁肇中无法判断。此次与暗物质碰撞湮灭产生正电子模型预测更符合的新发现,让丁肇中团队非常兴奋。据参与该项目的山东大学教授程林介绍,目前阿尔法磁谱仪已发现了1090亿个电子与反电子,这是半世纪来首次检测到的正电子分率的最大值,在空间各向同性的测量精度方面也比上次有所提高。实验结果同时显示,宇宙中存在与大部分电子不一样的正电子源。此外,还精确排除了已有不同的宇宙线模型。开始点、上升速率、最高点以及正电子的产生率是否会突然下降……这是暗物质碰撞产生过量正电子的6个特征。如今,仅有正电子的产生率是否下降这一特征尚未被观测到。在程林看来,此次研究结果将人类对暗物质的探索向前推进了一大步。中山大学教授何振辉则指出,此结果使人们对宇宙线的认识更清晰。中山大学承担了阿尔法磁谱仪“硅微条轨迹探测器”热控系统(TTCS)的建造及在轨运行监护。硅微条轨迹探测器是阿尔法磁谱仪中最重要的探测器,TTCS为硅微条轨迹探测器的精确测量提供了稳定的热环境。“没有TTCS,就没有如此高的测量精度。”何振辉说。这是不是意味着这块笼罩在人类头上的乌云即将退去呢?对此,丁肇中表示,证明暗物质所需的最后1个特征,还需花费很长的时间。在粒子物理学家、中科院院士陈和生看来,要想判断已观测到的特征是否是暗物质存在的迹象,还需要更多的数据来支撑,而尚未发现的最后一个特征则最为关键。陈和生向记者解释,由于暗物质能量有限,不可能在超过其质量的地方产生正电子,到了一定限度后,会突然下降。如果没有下降,则说明目前显示出来的迹象来自于别的过程,而不是由一个有固定能量的粒子产生的。“要视后期观测数据的情况来确定最终结果。”他说。不过,专家们也担忧,如果无法确认暗物质存在的最后一个特征,就需要更换另外一种方式寻找暗物质。对此,陈学雷指出,相对于其他领域来说,天文学有着更大的开放性,更好地分享数据以推进谜底的破解。因此,他认为,应该注重该领域的国内外合作。此外,专家们还指出,应该更加注重独特的数据来源。对此,中国已具备较大优势。2010年底,中国首个极深地下实验室——“中国锦屏地下实验室”投入使用,开展暗物质直接探测实验研究。“利用既有的技术开发一些独特的渠道去做试验,将来可能会有很好的机会。”陈学雷说。中国科学院紫金山天文台暗物质与空间天文实验室主任常进等人正在紧锣密鼓地研制的暗物质粒子探测卫星,也是其中的一个。常进透露,暗物质粒子探测卫星将于2015年底发射。届时,卫星将通过在空间观测高能电子和伽马射线,寻找暗物质的痕迹。而与丁肇中团队对正电子的关注点不同,探测卫星将从正负电子的总和入手,解析暗物质之谜。
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