丁肇中團隊發現暗物質存在新證據意味著什麼?

新聞:丁肇中團隊最新研究成果:發現暗物質存在新證據--時政--人民網
斗膽上來一問,想知道如果發現暗物質對於物理界意味著什麼?
補充:
相關連接:Particle detector finds hints of dark matter in space
如果通俗的理解,正電子與暗物質存在之間的關係?
其他方式探尋暗物質的證據,優缺點是什麼?有何進展?


暗物質還沒有被確認發現,所以說「發現暗物質存在的新證據」這種說法比較誤導。請大家注意英文報道原文的用詞,"finds hints of dark matter"。Hints,也就是線索,什麼意思呢?就是說丁肇中組觀測到的比標準天體物理模型預言所多餘出來的高能正電子,也許可以用暗物質湮滅來解釋。但是暗物質解釋只是一種可能的解釋,還有可能是脈衝星(pulsar)。

如果發現暗物質,對物理學的意義是什麼?看到樓上某個回答說證實標準模型的正確。需要澄清的是,宇宙學和粒子物理各有自己的「標準模型」,宇宙學標準模型中有暗物質,在現有的理解中,宇宙演化的大部分歷史都有暗物質的參與,結構的形成依賴於暗物質提供的引力。但宇宙學不對暗物質是什麼做解釋,而需要訴諸粒子物理。粒子物理標準模型中沒有任何一種粒子可以充當暗物質。目前超越標準模型/新物理的理論(比如很多超對稱理論)通常要對暗物質粒子做出預言——預言出一種質量和作用截面合適的中性粒子扮演暗物質的角色。於是,如果暗物質被確認探測到了,這將是對某個超越 標準模型的新物理的有力支持,當然也是對宇宙學標準模型的確認。目前的加速器粒子物理實驗(最前沿的是LHC)還沒有確認發現任何新物理的證據。所以暗物質探測的重要性還是很大的。

暗物質的探測手段主要分為直接探測和間接探測。AMS(丁肇中組)是間接探測,通過觀測可能的暗物質湮滅產物來探測。暗物質的相互作用遠遠弱於常規粒子,只有在星系中心質密區域才可能發生顯著量的湮滅,產生光子、正負電子等等常規粒子。這樣,他們的觀測對象十分遙遠,對觀測結果的解釋也有更多不確定性。我個人認為間接探測很難對暗物質進行確認。直接探測就是在地下實驗室建造粒子探測器來探測暗物質。因為按照宇宙學的預言,暗物質的粒子大量存在於星系內,當然也會大量穿過地球,因為相互作用非常弱,這樣在地下實驗室仍然應該有足夠數量的暗物質粒子穿過。探測器就是要設計成觀測暗物質粒子和探測器的靶物質粒子之間這種非常弱的相互作用。需要屏蔽和分辨大量的背景信號(建造在地下就是為了屏蔽宇宙射線),如果探測到了背景引起的相互作用事件而沒有成功甄別,容易誤認為探測到了暗物質。目前直接探測組發表過的"hints",後來都被發現是背景引起的。但是直接探測仍是最各種手段中最靠譜的。


丁肇中的實驗發現的新現象/跡象(避免使用「證據」,還不夠格),說明很有可能在275GeV能量的地方有些什麼。物理學家比較希望它是暗物質。

如果是暗物質,則意味著理論物理學家有新素材可以YY了,但很可能在很長一段時間內不會影響到普通人的生活。

以上。


最高票答案答得很好了,我再做點補充。

就是說丁肇中組觀測到的比標準天體物理模型預言所多餘出來的高能正電子,也許可以用暗物質湮滅來解釋。但是暗物質解釋只是一種可能的解釋,還有可能是脈衝星(pulsar)。

重申,丁老團隊發現的不是證據,而是觀測到了另一個可以用DM理論來解釋的事實。但是他無法證明這些高能正電子就是由暗物質湮滅造成的。除了脈衝星,還有超新星遺迹(supernova remnant)、脈衝星風星雲(pulsar wind nebulae)、中子星(neutron star)等玩意以及他們和周邊的碰撞、或許還有宇宙中未知的反應都可以製造出高能宇宙射線。

暗物質的探測手段主要分為直接探測和間接探測。

除了直接檢測和間接檢測以外,另外還有一種檢測暗物質的方式是用粒子對撞機互相撞擊標準模型粒子,如果撞擊中DM粒子被製造出來了,它們會從感應器中逃逸出去,但同時也帶走了能量和動量,這樣從能量的缺失中可以確認有無法察覺到的粒子的存在。但目前CERN也沒有發現到超對稱性粒子。

Many theories say the dark matter particles would be light enough to be produced at the LHC. If they were created at the LHC, they would escape through the detectors unnoticed. However, they would carry away energy and momentum, so physicists could infer their existence from the amount of energy and momentum 「missing」 after a collision. source: Dark matter | CERN

直接檢測其實是有進展的,但是目前還沒有發現足夠可信數量的樣本,或者這些信號其實也是由背景引起的。XENON目前正在建造一個1噸的detector,希望增大發現WIMP的概率。
WIMP是指某種質量比較大且和周圍反應非常微弱的粒子,是在對DM的解釋中的簡化模型之一。其他解釋還包括- 新的重力模型(rotational gravity model?), 孤單的行星(lonely plantes), 中微子(neutrinos)等... 不過其他都比較不太可能,WIPM的存在是目前物理屆都比較普遍接受、並且期望證實的。
如果能夠直接檢測到這種粒子,那麼人類就向---了解自己所在的這個宇宙到底是個什麼樣的存在---更近了一步。


這個問題其實是問象這樣的科學,能不能給我們生活帶來不同。其實有很多人不是經常去想科學技術的區別,科學和技術其實是不同的,技術對我們的生活影響很大,但科學是其實理論基礎。科學的發展和技術的發展的軌跡也是不同的,科學的發展往往是基於好奇,而技術的發展則是基於需要。所以人類一打仗,尤其是世界大戰,技術往往會迅速發展,因為這個時候,人們會問這有沒有可能、或者那有沒有可能,然後去科學裡面找依據。所以科學一般比技術在概念上要領先,同時科學會給技術的前進產生動能,而技術需要累積和外部需要的刺激。象這樣的科學,一旦理論上成立,就會有人去想這個理論能夠在生活中起到什麼作用,最後在外力因素下,相關技術才會慢慢出現。


如果每個人都是一顆小星球,逝去的親友就是身邊的暗物質。我願能再見你,我知我再見不到你。但你的引力仍在。我感激我們的光錐曾彼此重疊,而你永遠改變了我的星軌。縱使再不能相見,你仍是我所在的星系未曾分崩離析的原因,是我宇宙之網的永恆組成。 via科學松鼠會 Sina Visitor System


二零零二年南京大學百年校慶,請來了許多知名的科學家,召開了許多場學術會議。彼時我在母校偏遠的浦口校區,下著雨,坐在一個大大的教室里,觀看從學校本部傳來的實況直播。
丁肇中先生做了一個關於基本粒子方面的報告,隨後是提問時間。觀眾中有一位站起身來,問了這樣一個問題:「請問什麼是氣功?」。因為是使用中文提的問題,現場又有非常多的外國人,丁先生首先想請現場的翻譯幫助把這個問題翻譯成英文,可是那位英語老師不知道該怎樣準確的表述「氣功」。觀眾席里一位科學家主動站起來幫忙翻譯(依稀記得那位科學家是位了不起的地質學家,聽過他的報告),他的翻譯是(大概是):「what do you think about Qi Gong?"。現場當然是一片笑聲了。在這段小小的插曲之後,丁先生一字一頓的說,I do not know。這是我親歷的一次(當然還不算在現場)丁先生的」我不知道「,網上還有很多他」不知道「的傳說和見聞。但至少從那時開始,我便由此對」科學精神「有了思考。

還有一個小插曲,就是那位幫助翻譯問題的科學家,也向丁肇中先生提了一個問題,大概意思是,你們為什麼要花這麼多的錢在這樣的項目上,離我們的生活如此遙遠,如此的難以實用?我已經記不清回答的具體內容了,但是大概是說我們做這件事不是為了能夠馬上的用在什麼事情上,我們探索未知這就是科學的精神。

以上是對丁肇中先生的一點印象,與題主的問題沒什麼關係,不知道為什麼就是想寫出來。


是不是意味著 三體世界的質子封印解除了?


不懂暗物質,但懂這句話,暗物質還沒有被證明確實存在


我一直認為萬有引力不是來自物體的內部。而是來自太空。是由太空中存在的可穿透物體和可被物體部分吸收的物質或能量產生的。不知是否就是暗物質或暗能量呢?


進一步證明了宇宙被對稱性主宰,卻由不對稱性推動而發展


進一步證實現在的物理標準模型的正確 和 對暗物質的下一步探測有意義。
不會發生什麼改變物理課本的事,因為暗物質本來就是現在物理標準模型預測的產物。
至於各種粒子,物質,反物質,暗物質,暗能量的關係,就複雜了,一下講不清楚


以前聽說過一個理論,說我們的宇宙由三種物質組成——可見物質、暗物質、暗能量,而且可見物質只佔其中的4%,也就是說我們所處的世界其實是整個宇宙中非常特殊的一個存在。丁教授這只是證實了暗物質存在的其中一個實驗(一共五個,目前證實了四個),如果這個理論真的成立,那麼可能我們的物理學大廈(至少在宏觀方面)得推倒重建,屆時又將誕生一大批偉大的科學家


當年太空梭帶磁譜儀上天的直播我看了的,好像是裡面的永磁體是中國造的,所以中央台直播了。依據當年對丁肇中先生的採訪,似乎這個上天是為了撲捉正電子的,用來驗證大爆炸模型的。因為大爆炸理論上產生同樣數量的正電子和負電子,然後絕大部分兩兩湮滅,我們現在的宇宙的負電子的,如果大爆炸理論正確,應該還在宇宙空間中殘留部分正電子,而磁譜儀就是上去撲捉這些正電子的。
看了報告,發現主要又變成驗證暗物質的了,是不是當年的目標沒有實現,歪打正著了?


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