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標題: 诺奖得主丁肇中教授团队或发现暗物质存在线索 [打印本頁]

作者: wuji2013 時間: 2013-4-4 08:55 PM 標題: 诺奖得主丁肇中教授团队或发现暗物质存在线索

本报济南4月4日零时电(记者郑燕峰)人类对暗物质的理解和检测实现新进展。日内瓦时间4月3日下午5点(北京时间4月4日零点)，诺贝尔物理奖获得者丁肇中教授在日内瓦欧洲核子中心，首次公布其领导的阿尔法磁谱仪(AMS)项目18年之后的第一个实验结果——已发现的40万个正电子可能来自一个共同之源，即脉冲星或人们一直寻找的暗物质。　　按照合作协议，丁肇中教授通知负责AMS项目热系统工程的山东大学程林教授，在济南进行同一文稿的中文发布。
　　目前，寻找暗物质粒子、研究暗能量的物理本质、探索宇宙起源及演化的奥秘、结合粒子物理和宇宙学的研究已成为21世纪天文学和物理学发展的一个重要趋势。诺贝尔物理学奖获得者李政道教授曾多次指出：“暗物质是笼罩20世纪末和21世纪初现代物理学的最大乌云，它将预示着物理学的又一次革命。”
　　暗物质不发光，也就是不发出电磁波，所以看不见，但与通常物质一样，暗物质有引力作用。这个引力效应让天文学家在宇宙空间发现暗物质占宇宙的23%，另外73%是暗能量。而组成我们身边这个世界的常规物质只占4%。虽然人们早已经猜测到暗物质可能存在，但一直以来从未明确探测到暗物质粒子，因此，还不能确定暗物质的性质。
　　丁肇中团队使用的阿尔法磁谱仪(AMS)，是安置于太空中的精密粒子探测装置，是目前灵敏度最高，也是最复杂、最昂贵的一台暗物质探测设备，代表了当今科学实验的最高技术手段，由16个国家和地区的600余名科学家历时近18年完成，耗资21亿美元，实验过程可能持续15至20年。
　　在此之前，在不同的实验上都看到了一些“反常”迹象，人们怀疑这些就是暗物质的信号。但是，由于实验的灵敏度还不够，这些迹象都还无法确认为暗物质的信号。
　　2011年5月16日，AMS搭乘美国“奋进”号航天飞机的最后一个航班，送入太空，在未来20年内，这个实验是国际空间站上唯一的大型科学实验。丁肇中曾说：“这将使我们能够直至宇宙的边缘寻找反物质宇宙的存在。”
　　在太空运行的第一年，AMS已经收集了160亿个宇宙线数据，远远超过了上个世纪收集到的宇宙射线数据的总和。5 Y" c" b: D) j! r
　　2011年5月19日放置至今，AMS已观测311亿个宇宙射线，其能量高达数万亿电子伏特。宇宙射线信号传送到地面，由AMS实验项目组分析。
　　从2011年5月19日至2012年12月10日的前18个月的太空实际探测运转中，AMS分析了250亿个初级宇宙射线。其中，科学家们确认了680万个电子及其反粒子——正电子的事例。* D8 Q: r, W0 h* D8 j* @
　　由AMS探测的超过40万个正电子，是当前最多的在太空中直接观测、分析的高能量反物质粒子。/ J( Q$ X6 p, l7 u/ t. ^
　　丁肇中团队的第一个实验结果认为，高能的正电子不是来自空间某个特定的方向，这些特性表明了新物理现象的论据。这次研究成果在丁肇中看来是朝着人类认识暗物质方向前进的重要一步，但不是最终答案。“我们需要更多的统计量来研究，目前的结果是基于预期收集总数据量的约十分之一的数据。”% {2 s8 U4 G' x. q) b
　　由于AMS的精确度及可用之高的统计量，AMS磁谱仪被科学家认为有能力探索新物理。
　　曾与丁肇中一起工作的山东大学泰山学者特聘教授、粒子物理学家王萌认为，这是粒子物理和高能物理界期待很久的实验结果。他相信，随着AMS最终发布的数据，将能最终澄清能谱是来源于暗物质粒子的碰撞还是银河系的脉冲星。
　　在AMS项目中，热系统是最关键的部分，因为AMS探测器的温度波动必须保持在1摄氏度之内，然而由于地球和太阳的相对运动以及地球的自转等因素，AMS的温度环境每天都在发生改变。
　　山东大学领导了AMS热系统构建的所有进程。山东大学程林教授作为AMS热系统总负责人，全面承担了设计、组装和太空验证AMS整个热系统的全部工作。
　　在今天的发布会上，程林教授说，在工作18年后，这是AMS项目给大家的一个交代，是标志性的成绩，相信会有越来越多的论文发表，也许不会再等待18年，也许18个月就有新成果发布。# v" H* X1 ?( O- q
　　他希望，合作伙伴有机会通过这个项目获得诺贝尔物理学奖。

（http://tech.sina.com.cn/d/2013-04-04/10258210786.shtml）

作者: wuji2013 時間: 2013-4-5 05:51 PM

丁肇中公布暗物质研究首批成果

　据新华社电记者吴陈王昭诺贝尔奖得主、美籍华人物理学家丁肇中3日公布了其主持的阿尔法磁谱仪项目(A M S)的首批研究成果，实验观察到宇宙射线流中正电子存在的比率符合关于暗物质存在的理论预测，但目前尚没有充分证据排除其他可能性。

　　据介绍，用于探测宇宙射线中的粒子的“阿尔法磁谱仪2”在从2011年5月至2012年12月的运转期间，记录了250亿个宇宙射线事件。科研人员说，他们在宇宙射线流中发现了过量的正电子存在。实验还显示，实验数据随着时间推移并没有发生显著的变化，也与宇宙射线来源方向没有显著关系。

　　该实验的结果符合宇宙中暗物质粒子碰撞湮灭产生正电子的理论，但还不能排除其他可能性，例如正电子可能来自位于银河系平面附近的脉冲星。这个研究结果即将发表在《物理评论快报》上。1 G6 X, ]5 b* B# C( K5 o3 r
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　　实验负责人丁肇中说：“在未来几个月的时间里，阿尔法磁谱仪将能够确定地告诉我们这些正电子是不是暗物质的信号，或者它们是不是有其他起源。” 暗物质和暗能量是在现代天文学和物理学最重要的谜团之一，它们是为了解决宇宙学观测与理论上的矛盾而提出来的。阿尔法磁谱仪的任务就是观察暗物质湮灭时产生的正电子，从而寻找暗物质存在的证据。
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　　1937年，天文学家弗里兹·扎维奇发现，大型星系团中的星系具有极高的运动速度，然而星系的运行速度远远超出万有引力公式计算出的结果，这表明除了人类已知的星系团核心物质对该星系的引力外，还存在其它引力。天文学家进一步推断，在人类已知的宇宙物质之外，还有一种物质存在。
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　　此后70多年的研究、分析均表明，这一至今未被人们观测到的物质即“暗物质”在宇宙中存在，而且其在宇宙中所占的份额远远超过目前人类可以看到的物质。宇宙中最重要的成分是暗物质和暗能量，暗物质占宇宙25%，暗能量占70%，我们通常所观测到的普通物质只占宇宙质量5%。目前，只能通过其与物质的相互作用来间接“观察”暗物质。. q/ f. k; Z" O) @* y* J$ w- C0 ~

　　2011年5月16日，美国“奋进”号航天飞机耗资5亿美元执行最后一次任务，将太空粒子探测器“阿尔法磁谱仪2”送至国际空间站。5月19日，阿尔法磁谱仪收集到的首批数据发回位于日内瓦的控制中心。

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　　探索暗物质问与答

　　问题之一：什么是暗物质？
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　　答：暗物质是宇宙中看不见的物质。现在我们看到的天体，要么发光，如太阳，要么反光，如月亮，但有迹象表明，宇宙中还存在大量人们看不见的物质。它们不发出可见光或其他电磁波，用天文望远镜观测不到。但它们能够产生万有引力，对可见的物质产生作用。迄今的研究和分析表明，暗物质在宇宙中所占的份额远远超过目前人类可以看到的物质。宇宙中最重要的成分是暗物质和暗能量，暗物质占宇宙25%，暗能量占70%，我们通常所观测到的普通物质只占宇宙质量的5%。
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　　问题之二：探测暗物质有何意义？公仔箱論壇: N$ H( a/ m# I" a0 P5 \% H

　　答：暗物质被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题。目前，暗物质的存在已经被人们普遍接受。人们认为暗物质促成了宇宙结构的形成，如果没有暗物质就不会形成星系、恒星和行星，更谈不上今天的人类了。暗物质的存在是通过天文观测推测出来的，然而目前被广泛认可的粒子物理学标准模型预言的62种基本粒子中不包含能解释暗物质的基本粒子，因此，探测和研究暗物质很可能导致物理学界新的革命。TVBNOW 含有熱門話題，最新最快電視，軟體，遊戲，電影，動漫及日常生活及興趣交流等資訊。( r& P% V' @% @+ M( t1 J

　　问题之三：如何探测暗物质？www2.tvboxnow.com* B; [5 @! _6 S) I, n$ e' {

　　答：暗物质的探测方法主要分为直接探测法和间接探测法。所谓直接探测法是指直接探测暗物质粒子和原子核碰撞所产生的光学、声学、电子学信号。由于发生碰撞的概率很小，产生的信号也很微弱，通常要把探测装置安装在地下深处。暗物质的间接探测法主要是观测暗物质粒子衰变或互相作用后产生的正电子、反质子、中微子等稳定粒子。由于地球大气的影响，在地面上无法精确测定粒子的能谱，这类实验必须要在空间进行。阿尔法磁谱仪项目实际上是一个大型粒子物理实验，首要目的是寻找宇宙中的暗物质及其起源。暗物质碰撞会产生额外的正电子，这些正电子的特征会被阿尔法磁谱仪精确地测量到。
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　　问题之四：阿尔法磁谱仪是如何制造的？
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　　答：阿尔法磁谱仪主结构的主体是一个外径1.3米、内径1.15米、高0 .8米的空心高强度铝制圆柱体。永磁体呈条状插入主结构，其磁场强度高达1400高斯。主结构由中国航天科技一院设计，磁体则由中科院电工所制造，采用的是新型高磁能积钕铁硼材料。& O# Y% C: V( S3 V5 Y
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　　“阿尔法磁谱仪1”于1998年6月随美国“发现”号航天飞机升空开始科学探索，但最终没能发现反物质和暗物质。此后，科学家开始研制“阿尔法磁谱仪2”。他们曾尝试用超导磁体代替永磁体。尽管这种方法可以产生更强的磁场，但超导磁体需要液氦冷却，太空中无法补充液氦，这样磁谱仪寿命只有3年。而使用永磁体的磁谱仪的使用寿命长达18年至20年，所以专家们决定沿用永磁体。此外，“阿尔法磁谱仪2”在“阿尔法磁谱仪1”的基础上增加了若干新的子探测器。

　　问题之五：阿尔法磁谱仪是如何工作的？; x- n& F: Y& |: K6 w o. D

　　答：阿尔法磁谱仪的主要本领是能够探测到太空中“流窜”的粒子。这一本领基于其强大而特殊的磁场。带电粒子进入磁场后轨迹会发生变化，不同带电粒子的轨迹变化也不同，而不带电的粒子的轨迹则不会发生变化，因而观测粒子进入这一磁场后轨迹是否变化，变化程度有什么不同，就可以推知这是何种粒子。与天文望远镜观测物质发出的可见光和电磁波不同，磁谱仪直接观测粒子本身。因而，磁谱仪能够发现天文望远镜无法发现的暗物质等。新华社钱铮

（http://tech.sina.com.cn/d/2013-04-05/10278211726.shtml）

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