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发现暗物质近在咫尺？
2013-04-28 22:34:00发现暗物质近在咫尺？
文/记者 李鹏
暗物质被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题，搞清楚暗物质的组成也是科学界十分重要的问题，因为这是理解宇宙形状、大小甚至命运的关键。
4月3 日，在日内瓦的实验室里，诺贝尔奖获得者、华裔物理学家丁肇中向全世界第一次公布了阿尔法磁谱仪（ams）项目的实验数据结果——ams 在太空实际运转中探测到40万个正电子，远远超出人们的想象。而发现正电子是证实暗物质存在的重要前提之一。现在丁肇中和他团队的研究成果，是不是就意味着发现暗物质已经近在咫尺了呢？
18 年的第一个研究成果
此前包括美国费米望远镜等项目都曾观察到过正电子现象，但数据误差很大，而ams 的误差只有1％，丁肇中和他的团队在这条道路上前进了一大步。
丁肇中和他的团队猜测，这些正电子极有可能就来自这些年来人类一直绞尽脑汁进行寻找的暗物质。
研究认为，宇宙中最重要的成分是暗物质和暗能量，暗物质大约占宇宙质量的25％，暗能量占70％，而人类所观测到的普通物质只占宇宙质量5％。但是长期以来，暗物质和暗能量一直是个谜，尽管科学家们普遍认可他们的存在，但是却一直无法证实。
丁肇中是一个十分谨慎的人，他并不随便发表自己的研究成果。从1994年开始寻找暗物质，他已经整整做了18年的实验，这也是18 年来他关于该项目的第一个研究成果。因此，该成果引起了全世界物理学界的高度关注。
“丁肇中能够取得这样的突破，关键是他们设计了一个十分精巧的大型太空粒子探测器，也就是ams，这个设备重达7.5 吨，是当前在太空中运行的最强有力、最精确和最灵敏的粒子谱仪，代表着当今世界前沿的科技水平。研究认为暗物质碰撞会产生额外的正电子，而这些正电子的特征会被ams-02 精确地测量到。另外一个方面，这个项目共邀请了来自16 个国家和地区、54 个研究机构的近600 名研究人员参与其中。”中国科学院院士、理论物理学家何祚庥在接受记者采访时表示，该项目整整耗资21 亿美元，它是美国主导下的上世纪末和本世纪初世界上规模最大的科学计划之一。
但何祚庥认为，国内的部分参与机构及媒体有些过分夸大我国研究人员在ams 项目中的作用，尽管中国不少研究人员参与了这个项目，但是绝大多数都是承担一些基本性工作。另外，有的还只是承担了ams 项目的部分设备任务，并不涉及到暗物质的有关研究。即便如此，何祚庥认为，对我国一些专门从事暗物质研究的机构和人员而言，积极参与这种大型国际合作项目都是一种很好的锻炼。
可能10 年都难以证实发现暗物质
尽管丁肇中团队的发现在暗物质发现方面取得了前所未有的进展和突破，但是何祚庥并不认为丁肇中团队在短时间内就能够得出发现暗物质的确凿结论。“可能在10 年之内，都不会有结果。”何祚庥说。
事实上，丁肇中对自己团队是否发现了暗物质的表述也十分谨慎。丁肇中表示，根据目前的观测结果并没有完全的证据证明40 多万个正电子和暗物质有关。他指出，要确认正电子是由暗物质粒子碰撞、湮灭产生的，还需观测到正电子比例上升到峰值后是否有骤降。如果观察到骤降，说明来自暗物质对撞；如缓慢下降，则可能来自脉冲星。
“现在的关键问题是，丁肇中团队还没有得出正电子比例上升到峰值后有骤降的可靠结论。”何祚庥解释说，按照丁肇中目前的表态有两个可能：其一是他已经发现一些暗物质的确切踪迹，但是还需要接下来的进一步证明；其二就是目前他本人对大量正电子的来源究竟是哪里也还不是十分确定。
丁肇中告诉媒体，作为ams 这样一个大型物理实验项目的负责人，他必须保持冷静，因此对正电子来源持开放态度，他认为对他和他的团队而言，未来最重要是把数据准确地拿出来，不要有误差。
根据丁肇中的计划，在未来20 年内，在距离地球近400 公里的国际空间站上，ams 将收集到3000 亿个数据。而这些数据，将会为解开暗物质的神秘面纱提供新的重要证据。
暗物质研究需要联合攻关
何祚庥表示，暗物质被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题，搞清楚暗物质的组成也是科学界十分重要的问题，因为这是理解宇宙形状、大小甚至命运的关键。
这些年，包括我国在内世界上的很多国家都有专门力量在进行暗物质的研究，但是很多人存在的一个疑问就是：这样的基础性科学项目，投入大，风险性极高，又没有什么经济效益，全球科学家一起合作，进行几个项目不就完了？只要能够证实暗物质就行，无论是谁研究出来都无所谓。
“从理论上可以这样，但是在实际工作中并不现实，因为研究暗物质有不同的方法，科研人员的观点常常也很难保持一致，这就决定了在现实中，就某些基础性的科学研究不可能在全球形成仅有的一个或者两三个团队研究。”中国科学院紫金山天文台、中科院暗物质与空间天文重点实验室研究员范一中在接受记者采访时表示。
不过范一中也强调，目前在国内，研究暗物质的顶尖人物也就五六个人，整体力量十分薄弱，如果不进行协作联合，而是单打独斗地进行暗物质研究，要想做出一些突破性的成果并不现实。
“实际上，我们现在的研究项目，就是大家联合在做。”范一中说。而他所说的就是中科院紫金山天文台的科研团队及国内其他几家机构正在加紧研制的“暗物质粒子探测卫星”，2011 年12 月23日，该项目已经通过立项，目前进展顺利，预计2015 年6 月前发射到外太空。
我国的“暗物质粒子探测卫星”也将是我国第一个天文卫星，重1.8 吨，它未来将主要收集来自太空的各种射线，从而收集暗物质存在的证据。
近些年上海交大以及清华大学研究人员也在国内的地下实验室里进行着相关实验，希望能够寻找到暗物质存在的证据。
不过何祚庥表示，目前国内科学界，很多研究人员过于注重发表研究论文，并不追求本项目研究在世界科学领域的实际突破，这也严重制约了我国研究人员科研成果的出现。“我们应该学习丁肇中那种18 年磨一剑的精神。问题是，现在国内是否能够提供这样的科研环境，也是一个不得不思考的问题。”何祚庥说。