暗物質粒子何時現身阿爾法磁譜儀出結果

　　近日，諾貝爾物理學獎獲得者、美籍華人物理學家丁肇中在山東大學演講時，再次為暗物質線索的發現給出了一個時間節點——2024年。他認為，屆時關于暗物質的來源，“應該能有個決定性的結果出來”。

　　2024年也是國際空間站可能的退役時間。正在國際空間站上尋找暗物質和反物質的，是阿爾法磁譜儀。它也是首個安置在太空中的最強大、最靈敏的精密粒子探測裝置。

　　阿爾法磁譜儀項目由丁肇中主持，背后是個國際合作團隊。實際上，尋找暗物質的隊伍還有很多，有的在天上，有的在地下。眾里尋暗物質千百度，還不知它是否在燈火闌珊處。

　　身子沉跑得慢，還會隱身術

　　暗物質，顧名思義，看不見、摸不著，在人類現有的眾多探測手段面前，它都如同會隱身術——暗物質和其他物質不發生相互作用，或者說相互作用非常弱。

　　早在上世紀三十年代，天文學家茨威基根據觀測提出，星系團中應該充滿一種不發光的物質。

　　現在，暗物質的存在已經無可爭議。科學家普遍認為，構成宇宙的成分中，27%為暗物質，68%為暗能量。也就是說，人類已知的物質，僅占5%左右。

　　中科院紫金山天文臺研究員、暗物質衛星“悟空”團隊科學家袁強告訴科技日報記者，學界認為暗物質產生于宇宙大爆炸，但并不清楚它如何產生。

　　我們已知的物質可以形成星球、星系，而暗物質同樣也能形成類似結構。袁強介紹，由于它們之間的相互作用力非常弱，暗物質形成的結構應該松散很多，不可能形成像恒星一樣緊致的天體。在我們熟悉的銀河系外圍，就存在著體積巨大的球狀暗物質暈。大多數星系，也都鑲嵌在這種暗物質暈中。“放眼整個宇宙，暗物質暈可能比星系還多。”

　　暗物質另一個可能的特點是重，其運動的速度較慢。“估計其今天在銀河系中的運動速度為每秒幾百公里。”所以，在主流的暗物質模型中，科學家推測，它應該是一種大質量弱相互作用粒子。

　　當然，暗物質粒子的候選者還有很多，比如軸子、惰性中微子，或其他奇異的粒子。

　　就算上天入地，也要找到你

　　我們知道暗物質存在，但不知道它確切長什么樣，只能模模糊糊給個大概特征。

　　人類探測暗物質粒子，主要有加速器探測、地下直接探測和空間間接探測三種方法。

　　前者講究“大力出奇跡”，加速粒子到極高能段互相碰撞，創造出暗物質粒子。直接探測則是探測暗物質粒子和原子核碰撞產生的信號。在我國的錦屏地下實驗室，就有兩支團隊正在等待著這種碰撞。而間接探測法，是探測暗物質粒子對互相碰撞、湮滅后產生的標準模型粒子。

　　“從探測方法來說，阿爾法磁譜儀和‘悟空’都屬于間接探測法。” 暗物質粒子對發生碰撞后，可能產生伽馬射線，或者產生出高能的正反粒子。袁強說，阿爾法磁譜儀是將磁體放入太空，用它測量帶電粒子通過磁場時的偏轉，據此獲得粒子的質量、速度、電荷種類等屬性。“悟空”采用的是“量能器”的方案，這相當于在太空中放了一個靶子，帶電粒子打到靶上會被靶子吸收掉，科研人員通過測量靶子吸收的能量，了解粒子的屬性。

　　兩者探測的靈敏能段有所不同。不過，它們都是在尋找能量圖譜上的那一點異常。當然，找“異常”可不容易。兩年多來，“悟空”探測到了40多億個高能宇宙射線，只從中搜尋出了幾十個疑似異常的正負電子事例。

　　雖然暗物質還沒有“脫下馬甲”，但各團隊的搜尋工作，也為暗物質的屬性給出限制條件。“任何一種方法都有適合的探測區間，如果在這一區間一直沒有發現，大家就要考慮去其他區間尋找。”袁強表示，天上和地下的探測結果可以互相佐證，互相啟發。他很贊同這樣一種比喻——對暗物質粒子的尋找有點像盲人摸象，但最后，確實可能拼出一副完整圖景。

　　關于暗物質探測的時間表，袁強個人認為目前沒有辦法確切給出。“在地下進行的實驗，目前還沒有發現異常；在空間中的實驗，即使發現了一些異常，也不容易確認它就跟暗物質有關，還需要進一步論證。”

　　如果能找到暗物質粒子，就將翻開物理學的新篇章。“很多人喜歡問我們，研究暗物質有什么用？暗物質對實際生活的作用我們確實不知道，但科學史告訴我們，每一次基礎科學的突破，都會帶來技術上翻天覆地的變化，那些技術會直接影響我們的生活。”袁強強調。