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科技手抄报暗物质里藏着宇宙质量之谜在国际空间站上守望太空的阿尔法磁谱仪(AMS),“上岗”一年多来让物理学家忙个不停。2月20日,该项目的提出者和首席科学家丁肇中透露,AMS首批数据的分析报告将在几周内发表,很可能将是暗物质研究的阶段性突破。继去年宣布发现“疑似上帝粒子”之后,暗物质正成为物理学界着力攻打的前沿目标,相关消息和猜想不时见诸媒体。那么,暗物质究竟有多“暗”,物理学家又是如何计划用科学之光去照“亮”它呢? 20世纪30年代,瑞士天文学家弗里兹·茨威基(FritzZwicky)A星系团,他先测量了星系团中各个星系的亮度,通过已知的亮度和质量的关系,得出了可以看见的星系团质量。接下来,他又测量了各个星系的公转速度以及它们到星系团中心的距离,通过万有引力定律计算出了星系团的总质量。他发表了一个惊人结果:在星系团中,看得见的星系只占总质量的1/300以下,而99%以上的质量是看不见的,只能通过引力“感觉”到它们的存在。为什么要寻找暗物质? 在宇宙学中,暗物质(darkmatter)又称为暗质,是指无法通过电磁波的观测进行研究,也就是不与电磁力产生作用的物质。暗物质不发光,也不反射光,无论用什么波段的光,都找不到它们。然而科学家却相信,暗物质是确实存在的。这是因为质量泄露了它们的蛛丝马迹。 1933年,瑞士天文学家兹威基通过测量发现,按照引力定律,所观察的星系“质量不够”,不足以使其凝聚在一起。此后几十年中科学家对宇宙膨胀速度的测量、星系形成过程的模拟,也表明宇宙的总质量应该远远大于已知物质的总质量。这些现象迫使天文学家和物理学家提出,宇宙中存在“暗物质”和“暗能量”,这些暗物质并不是由现有物理标准模型中的粒子所构成的。暗物质只参与引力作用,让恒星、星系和宇宙能成为今天我们所能看到的样子;而不参与电磁力作用,因此使用传统的手段无法探测。目前的测算表明,组成人们已知物质的质子、中子、电子等粒子,只占宇宙的4%—5%,而暗物质则占了宇宙的23%,还有72%—73%是一种导致宇宙加速膨胀的暗能量。也就是说,宇宙中绝大部分的物质和能量,对今天的科学来说都属于未知。如果能找到暗物质,将使人类对宇宙的认识向前迈进一大步,了解到更加深远的物质世界。 AMS如何寻找暗物质? 为了寻找暗物质,被称为“史上最昂贵的太空实验”的阿尔法磁谱仪(AMS)应运而生。该项目由美国华裔物理学家、诺奖得主丁肇中在1990年代中期提出,造价20多亿美元,重达7吨,于2011年5月由即将退役的“奋进”号航天飞机发射升空,被放置在国际空间站上。 AMS是一个国际项目,核心部件就是由中国科学家研发制造的永磁体及反符合计数器。永磁体会使带电粒子的运行轨道发生拐弯,通过测量弯曲程度,配合其他仪器测出的粒子质量、动量,就可以知道捕获了何种粒子。AMS的一个重要任务,就是验证暗物质到底由什么粒子组成。 AMS在最初18个月中,采集了250亿次粒子事件。2月20日,担任项目首席科学家的丁肇中透露,AMS首批数据的分析报告将在几周内发表,其成果有望帮助理解暗物质的构成。根据目前比较主流的猜想,暗物质是由弱相互作用质量子(WIMP)组成的,而WIMP碰撞湮灭,会放射出日常很难见到的正电子。因此,如能测量到高比例的正电子,将是对WIMP暗物质理论的一种支持。据参与AMS项目的中科院高能物理所研究员陈国明介