site logo: www.epochtimes.com

像观察风那样 科学家“上天入地”寻暗物质

我们的宇宙时空可变:哈勃空间望远镜观测到引力透镜效应。(维基百科)

人气: 684
【字号】    
   标签: tags: , , , ,

【大纪元2015年09月19日讯】(大纪元记者张秉开综合报导)科学家在观测亿万光年范围的星系中,认识到组成宇宙的物质中,暗物质占26.8%,一般物质仅占4.9%,其余68.3%是暗能量。但是,暗物质不仅仅是人的肉眼无法看到,而是即使借助仪器也无法感知。

那么,怎样探寻暗物质?据物理学网站phys.org近日报导,这可以从简单的道理说起。人们已经知道,空气是真实的存在。虽然眼睛看不见,但是我们可以通过观察被风吹动的树叶来感知空气的运动及其存在。科学家利用相同的原理,采用与观察风不一样的技术,在努力探索宇宙中的暗物质(dark matter)。

现代天文学家使用新一代的高科技探测器,观测引力透镜、宇宙中大尺度结构、微波背景辐射等等,希望能窥测暗物质的踪影。

宏观宇宙空间中探索

报导说,有些科学家构想,组成暗物质的粒子就是粒子自身的反物质,那么两个暗物质粒子如果相互作用,则会湮灭(annihilate)成奇异的粒子或射线。

因此,这种湮灭可以被太空中的检测仪发现,如国际空间站(ISS)的阿尔法磁谱仪(AMS)。阿尔法磁谱仪会发现诸如正电子(positron)异常数量的粒子变化。而且当正电子湮灭为辐射,其辐射若为高能伽马射线的话,则会被美国航空航天局(NASA)的费米伽马射线太空望远镜检测到。

国际空间站。(NASA
)
国际空间站。(NASA

但是,实际情况不是那样简单。宇宙空间中,黑洞及其周围的星体爆炸也会发出类似信号,这种干扰如何消除?当然,理想的情况是,如果找到一簇发出耀眼伽马射线的暗物质,而其附近几乎没有任何星体,那么科学家就非常有信心判断暗物质的征象。

报导说,幸运的是,银河系有这样的星体让人类有信心找到暗物质的迹象,如极微弱矮椭球星系(ultra-faint dwarf spheroidal galaxies);而不幸的是,尚未确定是否有伽玛射线从那里发出。

银河系(维基百科)
银河系(维基百科)

微观粒子空间中寻找

实验室是直接观察暗物质的必需之所。在欧洲核子研究中心(CERN),大型强子对撞机(LHC)背负着科学界的厚望。科学家期待粒子的对撞过程中,产生暗物质而被检测出来。当然,也有可能是,产生的暗物质直接穿过探测器而不留一丝痕迹。

对撞机检测暗物质的原理其实很简单:对比一次粒子碰撞前后的所有能量是否有不一致的变化。如果有,那么说明能量以暗物质的形式逃逸了。

欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC)局部(Richard Juilliart/AFP/Getty Images)
欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC)局部(Richard Juilliart/AFP/Getty Images)

phys.org说,科学家还有一种设计思路。在地球穿越银河系的过程中,如能检测那些自然生成的暗物质与原子核碰撞后的产物或能量,那么可以发现暗物质的踪影。

报导说,也许读者在看完这篇文章的时间里,体内有一个原子已经被宇宙中的暗物质粒子撞飞了,但人体毫无感觉。那么,科学家将制造一种比人体灵敏很多的仪器来检测这种碰撞。

于是,在澳大利亚的维多利亚斯托尔金矿(Stawell Goldmine)地下一公里处,一个由大学、研究机构和行业组成的国际合作组织正在建造地下物理实验室(SUPL),这将成为南半球的第一台感觉极其灵敏的暗物质探测器(SABRE)。

科学家利用地壳岩层来阻挡来自太空的辐射,以免探测器被干扰。在SABRE设备中,有经过铊(thallium)处理的超级纯碘化钠晶体。这种晶体有着极低本体辐射水平,如果被暗物质粒子击中,会出现原子核的回弹,像在台球游戏中那样。这时,原子的能量被激发,最终释放能被检测到的高能伽玛射线。

总之,科学家希望深入理解宇宙中存在的为“可见物质”五倍含量的“不可见物质”——暗物质。

责任编辑:林妍

评论
2015-09-20 1:17 AM
Copyright© 2000 - 2016   大纪元.