科学家最新实验或将发现暗物质粒子(图)

科学家希望检测到暗物质粒子撞击普通物质。

　　凤凰科技讯 北京时间2月16日消息，英国广播公司报道，近日科学家在高山底下深处的人造洞穴里进行研究，希望能够找到宇宙中最神秘的物质之一：暗物质。深埋在意大利格兰萨索山脉顶峰的格兰萨索国家实验室看起来更像007电影里反派的巢穴：入口隐蔽在一个巨大的钢门之后，钢门位于切断山脉的一个隧道中央。建立这样隐秘的通道不是没有原因的。上方1400米厚的岩石意味着它能很好的躲避持续到达地球表面的宇宙射线。它为科学家们提供了一个安静的场所，用于思考物理学里已知最奇怪的现象。

　　内部三个广阔的大厅里正在进行大量实验——但最新开始的阴暗面50(DarkSide50)项目旨在研究暗物质。

　　我们所看到的宇宙物质其实只组成了整个宇宙的4%，科学家认为剩下的96%来自两种神秘的形式。他们预测宇宙73%的部分是由暗能量组成——一种无处不在的能量场，它作为某种反引力能够阻止宇宙自我收缩。

　　剩余的23%则来自暗物质。现在面临的挑战便是，没有任何人亲眼看到过暗物质的存在。伦敦大学学院粒子物理学家ChamkaurGhag博士解释道：“我们认为它极可能是一种粒子形式。”

　　“我们发现了光子、中子和电子以及所有能够建造物质的基本粒子。我们认为暗物质也是一种粒子，只不过以非常奇特的形式存在，因此我们可能还没有感知到它。这主要是因为它不会感受到电磁力——光不会反射它，因此我们和它的接触并不多。”

　　物理学家也将暗物质粒子称为大质量弱相互作用粒子(WIMPs)。他们认为每秒大约有几百万颗暗物质粒子经过我们身边，而我们浑然不知。但很可能偶尔的机会它们会与正常的物质碰撞，这就是我们希望借助阴暗面50探测的现象。　　

实验位于地下的一个人造洞穴里。

　　在房子大小的水槽里，一个巨大的金属球里盛装了一个名为闪烁基数器的粒子探测器。这个容器里装满了50千克的液氩以及氩元素气体形式组成的厚厚一层。“如果暗物质粒子出现并撞击氩，那么反冲原子将获得能量，并迅速的试图摆脱这种能量。”Ghag博士说道。“氩元素摆脱能量的方式便是释放出光，它会投射光子。”

　　“但它也同时会放电：相互作用过程中会释放某些电子。这些电子将会漂移至气体层，当它们撞击气体，就会发出闪光。”

　　直到现在搜寻暗物质的行动一直一无所获。有的实验声称在年度调制时目击到暗物质发出的信号。这是基于暗物质粒子的数量会随着季节变化而发生改变的观点。随着地球环绕太阳运动，它将进入一个暗物质的固定场——其中半年它将随着暗物质的潮汐力而移动——就像行驶在雨中一样。但另一半时间里它将与这种潮汐力背道而驰，因此撞击到的暗物质也更少。然而，其它研究人员却对这种用于检测暗物质的季节性变量表示质疑。

　　其它实验进行了相当长的时间，但仍没有什么特别的收获。其中一个名为XENON100的实验也在格兰萨索实验室进行，它已经持续了1年之久，却只发现了两次“事件”——这还无法排除可能存在某些残余背景辐射。但是利用DarkSide50项目，我们可能能够找到一些答案。

　　除了这个实验，另一个巨大探测器、位于美国南达科塔金矿的LUX也将很快投入使用。在未来几年，科学家计划利用更强大的探测器，例如XENON1T和LUX-Zeplin，希望能够找到这些粒子存在的第一批实验证据。

　　DarkSide50项目小组的奥尔多·伊阿尼(Aldo Ianni)说道:“暗物质是目前主要的科研目标。它将帮助我们理解宇宙中的一个我们尚未了解的重大部分。我们知道存在暗物质，只是不确定它究竟是由什么组成的。”

　　徒劳的搜寻?

　　格兰萨索国家实验室的总监斯特凡诺·莱格兹(Stefano Ragazzi)教授希望在他的实验设备里能够首次观测到暗物质。“这是不同实验之间的竞争——你想要成为第一个发现的人，而非第二个或者第三个。大家都预感暗物质的发现指日可待，因此每人都迫切希望自己能够成为第一个发现者。”

　　但莱格兹教授也承认，他们可能一无所获——暗物质可能并不是以WIMPs的形式存在。“到头来我们可能发现最初提出的假设其实是错误的…(暗物质)可能是完全不同的东西。但没有找到暗物质可能收获会更大。”

　　未来几周DarkSide50项目将全面启动，周围的水箱将充满纯净水，科学家只需要耐心的观察和等待。Ghag博士表示，虽然存在不确定性，但找到暗物质的潜在回报将难以估量。“这将成为革命性的发现——它会改变我们对宇宙以及它的形成和进化方式的理解。”