物理研讨会聚焦“暗物质去哪儿了”

无处不在、却无处可寻的“暗物质”是宇宙物质中最神秘的部分,暗物质在宇宙总成分中占到了将近四分之一,它在形成恒星和星系的过程中扮演了关键性的角色,科学家直到现在仅从理论上计算了它们的含量,通过引力作用间接地观察了它们的存在,从未直接观察到它们的踪迹。近日,在加州大学洛杉矶分校(UCLA)召开的一次有关暗物质的国际研讨会上,全球各地190位科学家交流了他们研究暗物质粒子的丰富成果,各国物理学家在研讨会上递交了对暗物质粒子理论分析的若干份报告。

国际研讨会的组织者,UCLA文学与科学学院的物理学教授戴维·克莱因是一位“暗物质物理学”的研究专家,他在暗物质的研究领域享有很高的国际声誉,戴维在学术研究会上提出一种暗物质粒子的概念,它可能含有大约300亿电子伏特的质量。出现了一个明显而激动人心的事实,物理学家大体上构建了暗物质的理论,他们加紧了在天文观测和物理实验中发现它们的存在,几种适合而富有潜力的方法用于探测暗物质粒子的存在,科学家在UCLA研讨会上对有效的搜索暗物质的方法进行了深入讨论。暗物质在星系物质的构成中占据了主要比例,它们理所当然地成为恒星和星系的物质基础,同样,暗物质在地球和宇宙生命的起源中发挥了关键作用。

1933年,科学家发现了暗物质存在的第一个证据,他们当时使用了洛杉矶市以外威尔逊山峰的大型望远镜。在最近的暗物质研究中,科学家对不同版本的理论模型和探测器技术进行了持续改进,他们在更高的灵敏度上探测可能存在的暗物质粒子。世界各国的科学家们对暗物质粒子进行了迄今灵敏度最高的检测。一项暗物质探测技术涉及到对银河系内大数量暗物质的观测,科学家在这一国际合作的观测项目使用了NASA的费尔米卫星望远镜,NASA的戈达德太空飞行中心、国家加速实验室(SLAC)为项目的合作方,他们以伽玛射线技术搜索暗物质的“藏身之地”,从暗物质中可能发出了极高能量的光粒子射线。美国、意大利、加拿大、中国制定了研制探测器的计划,比如:“黑面”探测器的重量达到了5吨。未来的几年,一些更强功能的探测器将会应用到对暗物质的搜索。

暗物质被科学家广泛地认定为一种大质量基本粒子,暗物质粒子和普通物质粒子产生一种弱相互作用,物理学家将产生弱相互作用的暗物质粒子称之为WIMPS,具有弱相互作用性质的暗物质粒子产生于宇宙大爆炸的原初时刻,WIMPS粒子可能距离我们并不遥远,它们以离子束的形式穿越地球和太阳系,形成了“瀑布”的景观。其它的搜索方式包括寻找WIMPS粒子和氙原子核相互作用的信号、或者WIMPS粒子和氩原子核的相互作用,科学家考虑选择锗一类的原子。物理实验室通常位于隐蔽条件极好的地下室,深藏在山洞和矿井的地下实验室确保了苛刻的外部条件,意大利、美国、加拿大、中国和其它国家都建立了“洞穴实验室”,科学家迄今没有发现WIMPS粒子和选定原子核相互作用的信号,他们不能证实质量在300亿电子伏特暗物质粒子的存在。

欧洲大型强子对撞机的国际科学团队在2012年初步发现了希格斯粒子,英国物理学家希格斯赢得了2013年的诺贝尔物理学奖。希格斯粒子的发现对暗物质粒子的搜索发挥了“推波助澜”的作用。在加州大学举办的暗物质理论学术研讨会上,物理学家详细讨论了一个主题:希格斯粒子和暗物质粒子的相互关系,他们分析了暗物质粒子可能的候选粒子——轴子、中微子等。UCLA每两年召开一次暗物质理论研讨会,定期地研讨科学界在暗物质研究领域取得的进展,今年,UCLA举办了第十八届暗物质学术研讨会,世界190位科学家对暗物质粒子的未来充满了信心,戴维·克莱因和他的科学同事希望有所进展,在今后举办的研讨会上逐渐澄清暗物质的谜团,让暗物质显露在人们的眼前。科学家认为,暗物质的发现与宇宙加速膨胀的发现同等重要,两者科学发现的意义同等重大。1998年,科学家揭示了宇宙的加速膨胀现象,暗物质的发现和宇宙加速膨胀的发现一样,它将创造又一个人类科学史的伟大奇迹。




(编译:2014-3-13)

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