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據美國《科學(xué)》雜志在線(xiàn)版近日報道，美國國家航空航天局(NASA)的費米伽馬射線(xiàn)天文望遠鏡以最新數據證實(shí)了宇宙存在著(zhù)過(guò)量的反物質(zhì)。本次結果是在 2008年P(guān)AMELA(反物質(zhì)探測和輕核天體物理載荷)衛星捕捉的一次非同尋常的反物質(zhì)信號的基礎上完成的。天文學(xué)家評價(jià)稱(chēng)，其不啻為一項物理學(xué)領(lǐng)域的重要發(fā)現，亦是天文觀(guān)測的一大壯舉。 同時(shí)，因該結果背后的研究原理，亦有極大可能確認了此信號對于暗物質(zhì)的意義，并將作為一個(gè)罕見(jiàn)的暗物質(zhì)標志，進(jìn)一步揭示暗物質(zhì)的本質(zhì)。目前，相關(guān)研究論文已遞交到《物理評論快報》。 暗物質(zhì)與反物質(zhì)的“糾結” 2008年，意大利、德國、俄羅斯和瑞典等國科學(xué)家們的聯(lián)合航天行動(dòng)項目衛星PAMELA捕捉到了一次不同尋常的信號，那就是反物質(zhì)粒子飛過(guò)太空留下的脈沖。該發(fā)現在當時(shí)引起巨大爭議，因為，它被認為可能與暗物質(zhì)的存在和直接證明息息相關(guān)。 這是反物質(zhì)與暗物質(zhì)之間復雜糾結的關(guān)系。 盡管，聽(tīng)起來(lái)都是很“黑暗神秘”那一系的，但暗物質(zhì)可不是反物質(zhì)。如今公認的原理是，暗物質(zhì)占據了全部宇宙物質(zhì)的85%，但人們卻從未直接觀(guān)測到過(guò)它 (甚至不知它究竟是以粒子形式呈現還是處于人類(lèi)尚未知曉的狀態(tài))；而反物質(zhì)的世界與物質(zhì)世界就像蝴蝶一對飛翼，只不過(guò)反物質(zhì)這部分卻一直“隱匿”。 因此，人們可以這樣說(shuō)：暗物質(zhì)現在在宇宙中有很多，但我們卻不知道它是什么；而反物質(zhì)我們相對了解，可是現在的宇宙中卻沒(méi)有很多。 在這些微乎其微中，最早被人們發(fā)現的反物質(zhì)就是正電子，而在所有反粒子中，最容易獲得的也是正電子。 因此，盡管正電子信號可能具有各種生成來(lái)源，但目前最主要的候選源就是暗物質(zhì)。如果這種奇異的粒子形式作為暗物質(zhì)殘骸遺跡的推測能被證實(shí)，這必然成為是一個(gè)極其難得的、不通過(guò)萬(wàn)有引力而看到的暗物質(zhì)證據，或可通過(guò)它來(lái)揭示暗物質(zhì)的存在與構成。 PAMELA和費米帶來(lái)的激動(dòng) PAMELA負載衛星于2006年升空，科學(xué)目標就是試圖發(fā)現正電子數量超過(guò)預期，證明其與暗物質(zhì)的理論相吻合。 理論界普遍認為，兩個(gè)暗物質(zhì)粒子碰撞后湮滅，會(huì )產(chǎn)生普通的物質(zhì)粒子，如電子和它的孿生兄弟正電子，而電子—正電子系統也最適合研究普通物質(zhì)與反物質(zhì)的結合。在碰撞湮滅過(guò)程中所釋放出來(lái)的能量，可以根據愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程算出E=mc2算出，即這些粒子的能量，基本上等于原來(lái)的暗物質(zhì)粒子的質(zhì)量乘以光速的平方。 當年，PAMELA衛星探測到正電子尖狀物通過(guò)特定的能譜沖向大量電子時(shí)，物理學(xué)家們激動(dòng)不已，但彼時(shí)還不能確定這就是暗物質(zhì)粒子湮滅的證據，科學(xué)家們還必須排除產(chǎn)生這些正電子的其他可能——譬如脈沖星和中子星。 此次，美國斯坦福大學(xué)物理學(xué)家根據PAMELA衛星2008年的觀(guān)測結果瞄準并校正那個(gè)正電子信號。他們利用的方法是，使用地球本身作為一個(gè)粒子過(guò)濾器，從而在只有電子或只有正電子通過(guò)地球磁場(chǎng)時(shí)去觀(guān)察。 研究結果表明，正電子相對豐度上升至200億至1000億電子伏特，且可繼續增強至2000億電子伏特，這是人們首次發(fā)現的現象。而正電子信號作為暗物質(zhì)的遺跡，弱相互作用粒子(WIMP)的質(zhì)量將至少是質(zhì)子的100倍，而NASA的費米望遠鏡得到的宇宙射線(xiàn)光譜數據，提供了計算弱相互作用粒子質(zhì)量的可能。結論正在許多理論預測范圍內，研究人員最終證實(shí)了PAMELA衛星的結果。 暗物質(zhì)與反物質(zhì)的未來(lái) 哈佛大學(xué)的物理學(xué)家道格·芬克百納指出，盡管確認數據是否為暗物質(zhì)的直接證據還言之尚早，但天文學(xué)家們震驚地發(fā)現，正電子信號會(huì )在更高的能量下增強，且很可能已超越了費米望遠鏡的測量范疇。芝加哥大學(xué)宇宙學(xué)家邁克爾·特納則表示，確認正電子數量的上升，意味著(zhù)人類(lèi)對宇宙的又一大發(fā)現。 而為了尋找更加毫無(wú)疑問(wèn)的證據，現在要依靠另一個(gè)探測器——由丁肇中領(lǐng)導、耗資22億美元研制的“阿爾法磁譜儀2”(AMS-02)。這臺被稱(chēng)為“科學(xué)的未來(lái)”的強大儀器已于今年5月發(fā)送到了國際空間站，其巨型磁鐵將用于解析宇宙射線(xiàn)，探測正電子的過(guò)量和驟降，那是遠比費米望遠鏡更高的能量探測范疇。 如芬克百納所說(shuō)，AMS-02將對這場(chǎng)神秘的暗物質(zhì)與反物質(zhì)謎案，作出“結案陳詞”。(記者 張夢(mèng)然 綜合外電) 科技日報 |
