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新知|丁肇中公布最新研究成果,過量正電子可能來自暗物質

9月18日,諾貝爾獎得主、美籍華人物理學家丁肇中公布阿爾法磁譜儀項目最新研究成果,進一步顯示宇宙射線中過量的正電子可能來自暗物質。
2011年升空的阿爾法磁譜儀由國際空間站搭載,任務是尋找暗物質并探尋其起源。根據現有理論,宇宙中的暗物質遠遠多于普通物質,暗物質碰撞會產生過量的正電子,阿爾法磁譜儀可對宇宙射線中的正電子進行精密觀測。
根據最新發布的數據,阿爾法磁譜儀觀察到的410億個宇宙射線事件中,約有1000萬個是電子或正電子。從8吉電子伏特(1吉等于10億)的能量開始,正電子占電子與正電子總數的比例快速增加,在275吉電子伏特左右停止增長。比例上升的過程較為均衡,沒有明顯的峰值。此外,正電子似乎來源于宇宙空間的各個方向,而不是某個特定方向。
研究人員說,觀測到的正電子分布特征與暗物質理論的某個模型一致,該模型認為暗物質由一種稱為“中輕微子”的粒子組成。不過,這些過量的正電子到底是來源于暗物質,還是來源于脈沖星等天文現象,還需要進一步分析確認。相關論文發表在最新一期的美國《物理評論快報》上。
研究小組在同一期雜志上發表的另一篇論文認為,宇宙射線中電子與正電子的通量(即單位時間里通過單位面積的粒子數量)分布顯著不同,其特征也顯示,過量的高能正電子有可能來自于暗物質碰撞。
去年2月18日,在美國波士頓結束的美國科學促進會(AAAS)年會上,美國麻省理工物理學家丁肇中領導的研究團隊對外宣布,他們的阿爾法磁譜儀(AMS)發現了弱相互作用大質量粒子(WIMP)存在的證據,6個科研小組達成了一致意見,都贊同是探測到WIMP,而WIMP就是一種暗物質的候選體。丁肇中稱,將于未來兩到三周發表涉及暗物質的研究論文,對這項研究的進展作詳細闡述。1976年,因發現“丁粒子”,丁肇中被授予諾貝爾物理學獎。
當天,中科院理論物理研究所研究員李淼接受東方早報記者采訪時表示,根據現在丁肇中透露的消息,只能說探測到暗物質湮滅的信號的可能性比較大,但他沒有說這些信號來自暗物質還是脈沖星,“如果丁肇中團隊的發現被確認,這肯定是這幾十年來的重要科學發現?!?/p>
個人簡介

名詞解釋
阿爾法磁譜儀(AMS)
數百年來,人類觀測宇宙主要是借助望遠鏡搜集遠方傳來的光,但宇宙中絕大部分物質是暗物質,暗物質不發光,要了解它就得另辟蹊徑。除了光子,宇宙中飛行著大量高能粒子(即“宇宙射線”),與光子不同,這些粒子帶電、有質量,穿透大氣層時很容易發生反應,變成次生粒子,其種類、性質等都發生變化。要直接從宇宙射線中搜集原始的信息,就必須避開大氣層。阿爾法磁譜儀(AMS)就是一臺直接在太空中運行的高能粒子探測器,它安裝在國際空間站上。
阿爾法磁譜儀目的是尋找宇宙中的反物質和暗物質。2011年5月“阿爾法磁譜儀02”由美國“奮進”號航天飛機搭載至國際空間站長期運行。
丁肇中表示,“主要任務是收集數據,因為(國際)空間站每90分鐘繞地球一次,可能要飛行20年,今后20年都是收集數據,因為從來沒有人做過這種實驗,這是第一次把一個如此精密的儀器放到太空,所以很難探測將來有怎樣的發現?!?/p>
AMS是目前靈敏度最高,也是最復雜、最昂貴的一臺暗物質探測設備,代表了當今科學實驗的最高技術手段,由16個國家和地區的600余名科學家歷時近18年完成,耗資21億美元。在太空運行的第一年,AMS已經收集了160億個宇宙線數據,遠遠超過了上個世紀收集到的宇宙射線數據的總和。
關鍵詞
暗物質
暗物質是指一種用人眼看不到的物質,但可以通過引力效應感受到。現有物理學理論認為,人類目前所認知的物質世界大概只占宇宙的4%。在這之外,暗物質占了宇宙的23%,還有73%是暗能量。
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。諾貝爾物理學獎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云,它將預示著物理學的又一次革命?!?/p>





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