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尋找宇宙魅影,中國科學家渴望做出大貢獻
2017-11-08 17:14:13 來源: 新華網
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  新華社北京11月8日電(記者喻菲)“路漫漫其修遠兮,吾將上下而求索。”中國科學院院士、粒子物理學家陳和生用2000多年前屈原的這句名言來形容科學家對宇宙本質孜孜不倦的探索,並鼓勵中國科學家和青年學子為暗物質的尋找和研究做出重大貢獻。

  在近日舉行的國際“暗物質日”北京站活動上,陳和生院士指出,暗物質和暗能量是本世紀物理學面臨的嚴峻挑戰,也意味物理學面臨重大突破的歷史機遇,需要理論和實驗物理學家、天文學家密切合作,共同努力破解世紀謎題。

2015年12月17日暗物質粒子探測衛星“悟空”從酒泉衛星發射中心升空。 新華社記者喻菲攝

  陳和生介紹,有越來越多的天文觀測表明,在星係到宇宙尺度上存在一些與牛頓和愛因斯坦引力理論不一致的現象。例如:根據牛頓萬有引力公式推算出太陽在銀河係中的轉動速度應為170公裏/秒,但實際觀測速度是220至250公裏/秒。如果牛頓和愛因斯坦的引力理論是正確的話,必然得到這樣的結論:銀河係周圍有大量不可見卻能産生引力的神秘物質形成的球狀暈。

  他説,數十年來,各種各樣的天文觀測結果都支持暗物質的存在。宇宙微波背景輻射觀測實驗——威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)的觀測結果給出了宇宙組份的比例:普通物質佔4.9%,暗物質佔26.8%,暗能量佔68.3%。

  尋找宇宙魅影

  粒子物理的“標準模型”正確地解釋了幾乎所有的實驗現象,獲得了18次諾貝爾物理學獎。“然而暗物質和暗能量的存在使粒子物理學面臨最嚴峻的挑戰,標準模型只能解釋宇宙中約5%的物質,卻對宇宙的95%都一無所知。”陳和生説,“這就如同我們依然在瞎子摸象,或是井底之蛙。”

  在中國科技館舉行的“國際暗物質日”活動上陳和生院士在做科普報道。 新華社記者喻菲攝

  暗物質和暗能量被科學家比喻為當前物理學天空的“兩朵烏雲”。目前科學家只知道暗物質沒有電磁和強相互作用,有引力相互作用,應當有弱相互作用,應當是在宇宙大爆炸中産生的,但不知道暗物質到底是什麼,最流行的理論猜想是一種具有弱相互作用的重粒子(WIMPs)。

  陳和生介紹,近30年,尋找暗物質粒子一直是國際粒子物理學界的熱點,科學家主要通過三種類型的實驗來尋找:第一種是在超高能對撞機,例如歐洲大型強子對撞機(LHC)上産生暗物質候選粒子;第二種是在太空探測暗物質粒子湮滅産生的粒子(如高能光子、正電子、反質子等)的能譜,這類實驗包括國際空間站上的阿爾法磁譜儀(AMS)和中國的暗物質粒子探測衛星“悟空”;第三種是直接探測,即測量暗物質粒子與探測器的原子核碰撞産生的信號,由于這樣的信號非常微弱,為了屏蔽宇宙射線的幹擾,這類實驗都在很深的地下開展。

  陳和生指出,即便這三種實驗中的任何一種發現了暗物質候選粒子,要確認它就是暗物質也是極為艱巨的任務,三種實驗或至少兩種,必須相互驗證,才能確認這種粒子的存在。

  他猜想暗物質研究有可能取得突破的方式包括:出現“21世紀的愛因斯坦”指點迷津,提出革命性的物理理論;上天、入地、加速器這三類實驗確認超越標準模型的暗物質粒子;更多的天文觀測和宇宙學研究給出不同結論。

  中國貢獻

  在暗物質這一國際前沿科學探索中,中國科學家希望能大有作為。

  陳和生透露,中國科學家曾對國際空間站上AMS的核心部件——大型磁體的研制作出重要貢獻。中科院電工所、高能物理所和中國運載火箭技術研究院在1995至1997年成功設計制造了AMS永磁體係統和主結構,並通過了美國宇航局嚴格的空間環境模擬測試,于1998年6月成為人類送入宇宙的第一個大型磁體。

  中國錦屏地下實驗室的清華大學主導的CDEX實驗組。 新華社記者沈伯韓攝

  此外,中科院高能物理所研究員、粒子天體物理學家畢效軍也表示,中國將在新世紀“兩暗一黑”(暗物質、暗能量、黑洞)探索中大顯身手。例如,在天上有中國的黑洞探測衛星“慧眼”和暗物質衛星“悟空”;而在地下,中國科學家正在四川錦屏2400米的地下實驗室開展暗物質直接探測實驗。

  清華大學副教授、中國錦屏地下實驗室物理科學部負責人岳騫説,該實驗室為中國暗物質直接探測提供了得天獨厚、國際一流的實驗環境,推動了中國暗物質直接探測研究從無到有,在國際上實現從“跟跑”到“並跑”。十三五期間,錦屏地下實驗室將建成國際最深、空間最大的地下實驗室,成為世界暗物質研究“高地”。

  陳和生説:“希望中國物理學家能夠對暗物質這場革命作出重大貢獻,這也是我們中國夢的一部分。”

  國際“暗物質日”科普活動由“國際高能物理互聯合作組織”發起,美國、英國、加拿大、法國、德國、中國等25個國家和地區于10月31日前後開展了100多場活動。10月28日上海站和11月5日北京站活動由中科院高能物理所、上海交通大學粒子與核物理研究所共同主辦。(據新華社客戶端報道)

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【糾錯】 責任編輯: 馮文雅
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