众多团队上阵，暗物质粒子何时现身中科院紫金山天文台研究员、暗物质卫星

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众多团队上阵，暗物质粒子何时现身

天闻频道

本报记者张盖伦

近日，诺贝尔物理学奖获得者、美籍华人物理学家丁肇中在山东大学演讲时，再次为暗物质线索的发现给出了一个时间节点——2024年。他认为，届时关于暗物质的来源，“应该能有个决定性的结果出来”。

2024年也是国际空间站可能的退役时间。正在国际空间站上寻找暗物质和反物质的，是阿尔法磁谱仪。它也是首个安置在太空中的最强大、最灵敏的精密粒子探测装置。

阿尔法磁谱仪项目由丁肇中主持，背后是个国际合作团队。实际上，寻找暗物质的队伍还有很多，有的在天上，有的在地下。众里寻暗物质千百度，还不知它是否在灯火阑珊处。

身子沉跑得慢，还会隐身术

暗物质，顾名思义，看不见、摸不着，在人类现有的众多探测手段面前，它都如同会隐身术——暗物质和其他物质不发生相互作用，或者说相互作用非常弱。

早在上世纪三十年代，天文学家茨威基根据观测提出，星系团中应该充满一种不发光的物质。

现在，暗物质的存在已经无可争议。科学家普遍认为，构成宇宙的成分中，27%为暗物质，68%为暗能量。也就是说，人类已知的物质，仅占5%左右。

中科院紫金山天文台研究员、暗物质卫星“悟空”团队科学家袁强告诉科技日报记者，学界认为暗物质产生于宇宙大爆炸，但并不清楚它如何产生。

我们已知的物质可以形成星球、星系，而暗物质同样也能形成类似结构。袁强介绍，由于它们之间的相互作用力非常弱，暗物质形成的结构应该松散很多，不可能形成像恒星一样紧致的天体。在我们熟悉的银河系外围，就存在着体积巨大的球状暗物质晕。大多数星系，也都镶嵌在这种暗物质晕中。“放眼整个宇宙，暗物质晕可能比星系还多。”

暗物质另一个可能的特点是重，其运动的速度较慢。“估计其今天在银河系中的运动速度为每秒几百公里。”所以，在主流的暗物质模型中，科学家推测，它应该是一种大质量弱相互作用粒子。

当然，暗物质粒子的候选者还有很多，比如轴子、惰性中微子，或其他奇异的粒子。

就算上天入地，也要找到你

我们知道暗物质存在，但不知道它确切长什么样，只能模模糊糊给个大概特征。

人类探测暗物质粒子，主要有加速器探测、地下直接探测和空间间接探测三种方法。

前者讲究“大力出奇迹”，加速粒子到极高能段互相碰撞，创造出暗物质粒子。直接探测则是探测暗物质粒子和原子核碰撞产生的信号。在我国的锦屏地下实验室，就有两支团队正在等待着这种碰撞。而间接探测法，是探测暗物质粒子对互相碰撞、湮灭后产生的标准模型粒子。

“从探测方法来说，阿尔法磁谱仪和‘悟空’都属于间接探测法。” 暗物质粒子对发生碰撞后，可能产生伽马射线，或者产生出高能的正反粒子。袁强说，阿尔法磁谱仪是将磁体放入太空，用它测量带电粒子通过磁场时的偏转，据此获得粒子的质量、速度、电荷种类等属性。“悟空”采用的是“量能器”的方案，这相当于在太空中放了一个靶子，带电粒子打到靶上会被靶子吸收掉，科研人员通过测量靶子吸收的能量，了解粒子的属性。

两者探测的灵敏能段有所不同。不过，它们都是在寻找能量图谱上的那一点异常。当然，找“异常”可不容易。两年多来，“悟空”探测到了40多亿个高能宇宙射线，只从中搜寻出了几十个疑似异常的正负电子事例。

虽然暗物质还没有“脱下马甲”，但各团队的搜寻工作，也为暗物质的属性给出限制条件。“任何一种方法都有适合的探测区间，如果在这一区间一直没有发现，大家就要考虑去其他区间寻找。”袁强表示，天上和地下的探测结果可以互相佐证，互相启发。他很赞同这样一种比喻——对暗物质粒子的寻找有点像盲人摸象，但最后，确实可能拼出一副完整图景。

关于暗物质探测的时间表，袁强个人认为目前没有办法确切给出。“在地下进行的实验，目前还没有发现异常；在空间中的实验，即使发现了一些异常，也不容易确认它就跟暗物质有关，还需要进一步论证。”

如果能找到暗物质粒子，就将翻开物理学的新篇章。“很多人喜欢问我们，研究暗物质有什么用？暗物质对实际生活的作用我们确实不知道，但科学史告诉我们，每一次基础科学的突破，都会带来技术上翻天覆地的变化，那些技术会直接影响我们的生活。”袁强强调。