美國航天局2013年1月24日宣布，將參與歐洲航天局的歐幾里德項目，雙方將攜手探索宇宙中神秘的暗物質(zhì)和暗能量。歐幾里德太空望遠鏡將于2020年升空，隨后在6年內繪制宇宙中約20億個(gè)星系的分布圖，揭示宇宙間暗物質(zhì)、暗能量的真。歐幾里德望遠鏡項目大約耗資8.1億美元。圖為“歐幾里德”暗能量望遠鏡的藝術(shù)想象圖。
丁肇中（資料圖片）
丁肇中
將再獲諾獎？
“去年，人類(lèi)發(fā)現了一種幾乎可以肯定是希格斯玻色子的新粒子；今年，暗物質(zhì)的存在證據又出現了！”丁肇中研究團隊的重大發(fā)現一經(jīng)傳出，立即引來(lái)網(wǎng)友對物理學(xué)界的拍案驚奇。但更多的是贊嘆：“如果科技是魔法，那丁老師的興趣顯然都用來(lái)鉆研黑暗魔法了?！薄叭祟?lèi)又一次打開(kāi)了潘多拉魔盒?！边€有網(wǎng)友發(fā)出諾獎之問(wèn)：“丁肇中會(huì )第二次獲得諾獎么？”
人物檔案
丁肇中
丁肇中1936年1月27日出生于美國，祖籍中國山東省日照市濤雒，現任美國麻省理工學(xué)院教授，是美國科學(xué)院院士，曾獲1976年諾貝爾物理學(xué)獎。他研究方向是高能實(shí)驗粒子物理學(xué)，曾發(fā)現一種新的基本粒子，并以物理文獻中習慣用來(lái)表示電磁流的拉丁字母“J”將那種新粒子命名為“J粒子”。
核心提示
宇宙中存在著(zhù)這樣一種“看不見(jiàn)的統治者”，它的名字叫暗物質(zhì)，它對于恒星、星系等天體的誕生起著(zhù)重要的作用。盡管地球上找不到，元素周期表里也沒(méi)有，但全世界的科學(xué)家們都對“暗物質(zhì)”充滿(mǎn)了興趣，全球有幾十個(gè)研究小組在尋找。2月18日，在美國波士頓結束的美國科學(xué)促進(jìn)會(huì )（AAAS）年會(huì )上，美國麻省理工物理學(xué)家丁肇中領(lǐng)導的研究團隊對外宣布，他們的阿爾法磁譜儀（AMS）發(fā)現了弱相互作用大質(zhì)量粒子（WIMP）存在的證據，6個(gè)科研小組達成了一致意見(jiàn)，都贊同是探測到WIMP，而WIMP就是一種暗物質(zhì)的候選體。丁肇中稱(chēng)，將于未來(lái)幾周發(fā)表涉及暗物質(zhì)的研究論文，對這項研究的進(jìn)展作詳細闡述。
最新進(jìn)展
丁肇中團隊等待18年的論文
或揭8大宇宙未解之謎之一
美國《科學(xué)》雜志2012年選出8大宇宙未解之謎，其中就包括神秘的暗物質(zhì)。2003年，美國國家航空航天局宣布，根據威爾金森微波各向異性探測器的觀(guān)測數據，發(fā)現了暗物質(zhì)存在的直接證據，并估算出宇宙由73%的暗能量，23%的暗物質(zhì)和4%我們已知的物質(zhì)組成，可以說(shuō)4%以外的部分大都屬于未知。
中科院理論物理研究所研究員李淼表示，根據現在丁肇中透露的消息，只能說(shuō)探測到暗物質(zhì)湮滅的信號的可能性比較大，但他沒(méi)有說(shuō)這些信號來(lái)自暗物質(zhì)還是脈沖星，“如果丁肇中團隊的發(fā)現被確認，這肯定是這幾十年來(lái)的重要科學(xué)發(fā)現?！比绻舜伟滴镔|(zhì)的發(fā)現能夠得到確認，那么人類(lèi)對于宇宙的認知無(wú)疑向前邁進(jìn)了一大步。
史上最貴實(shí)驗
2011年5月，美國奮進(jìn)號航天飛機執行了最后一次太空任務(wù)，它將價(jià)值20億美元的阿爾法磁譜儀（AMS）送往國際空間站，用于探測宇宙射線(xiàn)及高能粒子。這也被稱(chēng)為史上最昂貴的一次實(shí)驗。阿爾法磁譜儀重達7噸，擁有一個(gè)巨大的特制超導磁鐵，能使落在它上面的粒子軌跡發(fā)生彎曲。丁肇中稱(chēng)，在阿爾法磁譜儀運行的最初18個(gè)月中，已經(jīng)探測了250億次粒子事件。
阿爾法磁譜儀項目便是由丁肇中在1990年代中期提議開(kāi)始的?！拔覀兊却?8年來(lái)寫(xiě)這篇論文，如今到了最后確認階段，”丁教授在波士頓的一次美國科學(xué)促進(jìn)會(huì )(AAAS)的年會(huì )上發(fā)言道，“我預計在未來(lái)兩到三周內，我們就能發(fā)布研究成果。我們一共有6個(gè)分析小組對相同的數據結果進(jìn)行分析。如你所知，每個(gè)物理學(xué)家都有他們自己的見(jiàn)解，我們現在要保證每個(gè)人都能同意彼此的觀(guān)點(diǎn)。這項工作現在已經(jīng)完成得差不多了?！?div style="height:15px;">
新物理大發(fā)現處前夜
目前，全世界的物理學(xué)家都在等待丁肇中團隊的這第一篇文章。丁肇中委托他所在的麻省理工學(xué)院同事向《北京晚報》記者發(fā)來(lái)郵件表示，研究進(jìn)展很好，但此前媒體的報道不完全正確。丁肇中在接受采訪(fǎng)時(shí)曾表示，這篇論文絕非一篇次要的文章，它是朝著(zhù)人類(lèi)認識暗物質(zhì)方向前進(jìn)的“一小步”，但不是最終答案。他還曾透露，這篇論文已經(jīng)進(jìn)行了30次修正，以使所有參與這項研究的科學(xué)家都認可。
另外，與丁肇中長(cháng)期在暗物質(zhì)探索領(lǐng)域合作的知名理論物理學(xué)家李世昌表示，這一成果是“第一步的顯著(zhù)的進(jìn)展”，但尚無(wú)法用“發(fā)現暗物質(zhì)”來(lái)描述。不過(guò)李世昌說(shuō)，人類(lèi)很有可能正處在一個(gè)新的物理大發(fā)現的前夜。
暗物質(zhì)模型(資料圖片)
一問(wèn)一答
暗物質(zhì)是何物？
粘合宇宙萬(wàn)物的“膠水”
20世紀30年代，瑞士天文學(xué)家弗里茲·茨威基研究了距離我們約兩億光年的COMA星系團，他先測量了星系團中各個(gè)星系的亮度，通過(guò)已知的亮度和質(zhì)量的關(guān)系，得出了可以看見(jiàn)的星系團質(zhì)量。接下來(lái)，他又測量了各個(gè)星系的公轉速度以及它們到星系團中心的距離，通過(guò)萬(wàn)有引力定律計算出了星系團的總質(zhì)量。他發(fā)表了一個(gè)驚人結果：在星系團中，看得見(jiàn)的星系只占總質(zhì)量的1/300以下，而99%以上的質(zhì)量是看不見(jiàn)的，只能通過(guò)引力“感覺(jué)”到它們的存在。
在宇宙的天體之間，引力的作用并不能解釋天文學(xué)家看到的一切，如果只有這些天體的引力，那各個(gè)星系應該處于分崩離析的狀態(tài)，因此在各個(gè)星系之間，還存在把它們聯(lián)接在一起的物質(zhì)。天體物理學(xué)家將這種理論中的物質(zhì)稱(chēng)為“暗物質(zhì)”，暗物質(zhì)無(wú)法通過(guò)電磁波的觀(guān)測進(jìn)行研究，也就是不與電磁力產(chǎn)生作用的物質(zhì)。我們看不見(jiàn)它們，但它們確實(shí)在星系間起著(zhù)作用。目前的理論估計，宇宙的73%為暗能量，23%為暗物質(zhì)，而只有4%是我們已知的物質(zhì)。暗物質(zhì)被描述為將宇宙萬(wàn)物粘合在一起的“膠水”。有趣的是，愛(ài)因斯坦曾提出暗物質(zhì)這個(gè)概念，又被他否定了。
找它意義何在？
改變宇宙構成認識
如果丁肇中團隊這次確實(shí)發(fā)現了暗物質(zhì)，其意義何在？中科院理論物理研究所研究員李淼認為，暗物質(zhì)的發(fā)現將改變人們對宇宙構成的認識。
暗物質(zhì)的發(fā)現對于天文學(xué)家來(lái)說(shuō)也有特殊意義，它解決了一個(gè)多年的謎題。李淼表示，通過(guò)萬(wàn)有引力定律很難解釋一些物理現象，太陽(yáng)系或者銀河系為何能維持現在的狀態(tài)，光靠可見(jiàn)物質(zhì)的引力是無(wú)法解釋的，但在暗物質(zhì)的假設模型里就可以解釋。如果最后發(fā)現暗物質(zhì)不存在，這意味著(zhù)關(guān)于引力的理解在大尺度上是錯誤的，這對于很多天文學(xué)家來(lái)說(shuō)是不可想象的。
至于探測到暗物質(zhì)之后能派上什么用場(chǎng)，這對科研人員來(lái)說(shuō)仍是未知數?！傲Ｗ游锢硖角蟮氖俏镔|(zhì)最深層次的奧秘，對未來(lái)的生活會(huì )發(fā)生怎樣的影響，我們現在還不得而知。就像電被發(fā)明時(shí)，人們尚無(wú)法想象后來(lái)的電視、電腦。但無(wú)論如何，每一個(gè)科學(xué)發(fā)現都使人們對物質(zhì)世界的認識更進(jìn)一步，這是最了不起的事?！睂?zhuān)家介紹說(shuō)。
中國行動(dòng)
建最深地下實(shí)驗室
探測衛星正在研制
中國東南大學(xué)等也參與了丁肇中團隊阿爾法磁譜儀（AMS）項目的研究。而對于尋找暗物質(zhì)，中國也在行動(dòng)，除了在四川建設“世界最深實(shí)驗室”暗物質(zhì)探測裝置，還啟動(dòng)了航天發(fā)展計劃研制發(fā)射硬X射線(xiàn)調制望遠鏡衛星、“實(shí)踐九號”新技術(shù)試驗衛星和返回式衛星，啟動(dòng)實(shí)施量子科學(xué)實(shí)驗衛星和暗物質(zhì)探測衛星等項目。
據東大計算機科學(xué)與工程學(xué)院院長(cháng)羅軍舟介紹說(shuō)，東南大學(xué)是國內第一所參加AMS實(shí)驗的高等院校，在A(yíng)MS項目中主要承擔了3項任務(wù)建立磁譜儀實(shí)驗系統、反物質(zhì)探測系統和地面數據處理系統。另?yè)锌圃焊吣芪锢硭芯繂T陳國明介紹，包括他在內的高能物理所部分科研人員參與了AMS項目。陳國明表示，論文的確即將發(fā)表，而中國科學(xué)家對AMS數據的分析起到關(guān)鍵作用，“未來(lái)10年，暗物質(zhì)研究很可能出成果”。
據張新民介紹，國內不少項目都著(zhù)眼于偵測暗物質(zhì)，比如設在四川錦屏的“巖石下最深實(shí)驗室”。2010年12月，中國錦屏極深地下暗物質(zhì)實(shí)驗室正式掛牌，該地下實(shí)驗室深達2400米，有一個(gè)40米長(cháng)、6.5米寬、8.5米高的實(shí)驗大廳，是目前世界上條件最好的地下實(shí)驗室，世界最深、上方有2.5公里巖層覆蓋使宇宙射線(xiàn)通量最少等條件，都為暗物質(zhì)直接探測實(shí)驗提供了非常好的條件。2月16日，上海交大校長(cháng)張杰透露，在四川錦屏地下實(shí)驗室，液氙暗物質(zhì)探測裝置將很快開(kāi)始建設，預計今年下半年可建成并投入運行。而清華大學(xué)牽頭的另一個(gè)中國暗物質(zhì)探測項目CDEX項目也在這一實(shí)驗室進(jìn)行，不同的是，CDEX項目是利用高純鍺探測器探測暗物質(zhì)。
中科院紫金山天文臺的專(zhuān)家們也一直在尋找暗物質(zhì)湮滅的證據。為進(jìn)一步捕獲暗物質(zhì)湮滅證據，2015年，紫金山天文臺將發(fā)射天文衛星去尋找。中科院紫金山天文臺專(zhuān)家說(shuō)，目前，我國的暗物質(zhì)粒子探測衛星的研制正在緊密進(jìn)行中。
中國團隊的加入，顯然使世界上暗物質(zhì)的研究者受到了很大的鼓舞。據介紹，在此前，世界上最好的地下實(shí)驗室是位于意大利的GRANSASSO地下實(shí)驗室，在那里進(jìn)行的XENON100實(shí)驗，由意大利、美國、日本等國際團隊共同加入，上海交通大學(xué)也是參加實(shí)驗的單位之一。
安裝于國際空間站上的阿爾法磁譜儀
作者：資料圖
