科學發現暗物質存在新跡象

安裝在國際空間站上的「阿爾法磁譜儀」（騰訊科學配圖）新華網北京4月4日電（記者吳陳、王昭、楊駿、劉軍）它無所不在，卻又無跡可尋。沒有它就沒有我們的宇宙，更談不上今天的人類。它就是暗物質，一個讓物理學界追尋半個多世紀的謎。這個謎可能很快揭曉。當地時間3日，諾貝爾獎獲得者、華裔物理學家丁肇中及其阿爾法磁譜儀項目團隊宣布的成果，讓人類在認識暗物質的道路上邁出重要一步。丁肇中團隊藉助阿爾法磁譜儀已發現40萬個正電子，這些正電子可能來自人類一直尋找的暗物質。丁肇中團隊的報告當天發表在《物理評論快報》上。這份著名的學術刊物同時刊發署名評論說，新成果具有「史無前例的靈敏度」，儘管現在還不能排除其他可能性，但它「強烈暗示」人們已捕捉到了暗物質的痕迹。美國航天局局長查爾斯·博爾登3日也發表聲明說，阿爾法磁譜儀首批研究成果「將有助於促進對基礎物理學和天體物理學領域新的理解」，「我們期盼更多來自這一項目的令人激動的成果」。阿爾法磁譜儀有顆「中國芯」3日發表的丁肇中團隊報告，後附一份長長的作者名單。阿爾法磁譜儀項目薈萃了全球54個科研機構的數百名研究人員，其中名列第七的是中國的中科院電工所。阿爾法磁譜儀有顆「中國芯」，它最關鍵的大型磁體來自中科院電工所。當天晚間，丁肇中在辦公室接受新華社記者採訪時說，目前阿爾法磁譜儀收集到40萬個正電子，遠遠超出人們的想像。此前包括美國費米望遠鏡等項目都曾觀察到過量正電子現象，但數據誤差很大，而阿爾法磁譜儀的誤差只有1％，「相當於肉眼和精密顯微鏡的區別。」應該說，阿爾法磁譜儀在探尋暗物質的過程中立下了汗馬功勞。但如何將一個桌子大小的磁體送入太空卻困擾了科學家近40年。早在上世紀60年代，丁肇中就踏上了追尋暗物質的征程。「我的創意是1994年2、3月時提出的，因為我在60年代末就做過反物質的實驗，此後也經常考慮暗物質、反物質的問題，」丁肇中此前曾表示。直到一次偶然的機會，丁肇中在美國一份文獻中看到中科院電工所的論文，發現中國能製造很好的磁體，與其他國家的方案相比，電工所的永磁體方案具有重量輕、無漏磁、無二極磁矩及磁場均勻等優點。丁肇中把這一方案帶回美國，獲得一致肯定，隨後與中方簽署了合作合同。「近40年無法解決的難題，最後還是由中科院電工所給解決了，」丁肇中說，「如果缺少了中國科學家，如何將大型磁體放入太空這一幾十年來的難題恐怕現在還無法解決。」1998年6月，磁譜儀項目的實驗機阿爾法磁譜儀1終於搭乘「發現」號太空梭升空10天，獲得了大量重要數據，其核心部分就是中國製造的永磁體系統。2011年5月，阿爾法磁譜儀2搭載最後一班太空梭，在國際空間站開始長達20年的太空探索，其核心部分仍是當年的「中國製造」。除永磁體系統是中國製造外，磁譜儀項目的整體散熱系統、軌跡探測器熱控系統、地面模擬系統、電磁量能器結構和地面總裝支撐設備的設計研製，也分別由山東大學、中山大學、東南大學和中科院高能物理研究所獨立或參與完成；而台灣的中山科學院也為磁譜儀項目設計出了運行速度比美國航天局現行系統快10倍的電子控制系統。站在尋找暗物質的制高點2011年5月16日，美國「奮進」號太空梭將阿爾法磁譜儀2送至國際空間站。3天後，阿爾法磁譜儀收集到的首批數據發回位於日內瓦的控制中心。這次最新公布的研究成果，就是基於阿爾法磁譜儀從2011年5月至2012年12月記錄的250億個宇宙射線事件。獲取數據只是第一步，對龐大的數據量進行分析才更關鍵。丁肇中此前接受新華社記者採訪時說，如果把每個粒子、每道宇宙線經過磁譜儀都算一個數據，那麼磁譜儀每天傳回的數據都在100萬至1000萬個之間。中國的中科院高能物理研究所承擔了大量數據分析工作，此外，東南大學、中山大學和山東大學與美國麻省理工學院、德國亞琛大學、義大利和法國的科研機構等都加入了這一國際合作的大項目。事實上，全球科學界長久以來對暗物質的探索並不止於阿爾法磁譜儀項目。中科院紫金山天文台的科研團隊目前正與國內同行合作，加緊研製「暗物質粒子探測衛星」。相比阿爾法磁譜儀，中國研製中的這種衛星耗資少、重量輕，可望在暗物質探測領域取得突破。探尋暗物質，既是各國科研機構和科學家的一場競賽，也是一項合作，而中國科學家正在其中發揮著更多的智慧與努力。
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