科学家发现暗物质存在的重要证据


自20世纪30年代,科学家提出宇宙可能存在暗物质的理论以来,这种物质就充满了神秘色彩。如今,科学家称他们可能发现了暗物质存在的重要证据。

从理论上讲,暗物质若被摧毁,会留下一连串奇异的粒子。如今,科学家称他们可能发现了这些暗物质残骸的踪迹。这项发现或有助于证明暗物质的存在,揭示暗物质的构成。

基础物理学领域重要发现

迄今,没人清楚暗物质究竟是一种什么物质,但科学家认为暗物质之所以存在,是因为来自看得见物质的的引力尚不足以说明星系旋转。一颗称为PAMELA(反物质-物质探测与轻核天体物理学载荷)的意大利卫星日前发现了过量正电子粒子。正电子是电子的反粒子,又称阳电子。PAMELA于2006年发射,用以测量太空中的辐射物。

这个正电子信号可能具有各种生成来源,一个最主要的候选是暗物质。宇宙大约98%的物质都是这种难以捉摸的物质。当两个暗物质粒子相撞,它们有时会同归于尽,释放出一股能量,其中就包括正电子。这次任务的首席科学家佩尔基奥基奥・佩里扎(Piergiorgio Picozza)在接受太空网采访时表示:"PAMELA发现了数量超过预期的正电子。许多人认为,这可能是暗物质的信号,因为就正电子而言,这种行为与暗物质的诸多理论极为吻合。"

如果这项发现最终被证实,其实也并不完全出乎科学家的意料之外,但恐怕会在科学界引发极大的反响。研究结果将会刊登在最新一期《自然》杂志上。美国密歇根大学天体物理学家戈登・凯恩(Gordon Kane)说:"过去二十年来,暗物质的这种信号一直被看作是潜在的重要标记,PAMELA任务的科学家可能看到了期待已久的那类物质。这极有可能是基础物理学领域数十年来最重要的一项发现。"凯恩没有参与最新研究。

暗物质存在重要证据

通常情况下,当宇宙射线与恒星之间的气体和尘埃中的原子相互作用时,正电子便会产生。不过,这种来源显然并不能产生说明PAMELA发现的过量正电子。另一个可能性则是,PAMELA发现的正电子是由一种称为脉冲星的具有短周期脉冲辐射的恒星产生的。

想要在这一选择和暗物质之间做出区别,则需要更多的数据,无论是来自于PAMELA,还是于去年发射的费米伽马射线太空望远镜。佩里扎说:"我们希望真的发现了暗物质,但现在我们需要更多实验去佐证。"

即便如此,一些科学家仍对极有可能发现暗物质存在感到兴奋不已。自20世纪30年代,科学家提出宇宙可能存在暗物质的理论以来,这种物质就充满了神秘色彩。凯恩推测,研究结果虽未得到证实,但这不仅是暗物质存在的重要证据,而且还提供了这种神秘物质构成的重要线索。

"超对称性伴侣"

暗物质是肉眼所无法看到的,只能通过其对别的物质施加的重力进行间接观测。凯恩个人认为,这些发现中的暗物质粒子称为"wino"----一种中轻微子。从理论上讲,中轻微子是一种粒子,作为电子、夸克等标准模型粒子的"超对称性伴侣"(supersymmetric partner)存在于太空。"wino"便是一种称为W玻色子的"超对称性伴侣"。

凯恩说:"它在湮灭中生成正电子方面效果尤为显著,而正电子具有与这些研究结果相符的能量。"如果暗物质由中轻微子构成,那么暗物质粒子将成为其本身的反物质粒子,因为反中轻微子(anti-neutralino)其实还是中轻微子。因此,当两个暗物质粒子相碰撞时,它们就会像其他物质和暗物质的相互作用一样,走向自我毁灭之路。

幸运的是,这种现象发生的频率不高。暗物质粒子被认为极其微小,两个撞在一起的几率更是微乎其微,适于它们同归于尽的理想条件恐怕只有几亿分之一。这使得暗物质可以遍布宇宙,成为星系和星团构成的"脚手架"材料,即便每次两个暗物质粒子近在咫尺,它们也不会毁灭自己。

纵然这种粒子湮灭事件极为罕见,但它们产生的正电子可以存活数百万年之久,所以,它们会长期在宇宙中飘荡,使得PAMELA等探测装置可以发现这些神秘物质的踪迹。



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