阿爾法磁譜儀探測(cè)暗物質(zhì)取得階段性突破

放置在國(guó)際空間站上的阿爾法磁譜儀(AMS)立功了。美國(guó)媒體2月20日?qǐng)?bào)道，該項(xiàng)目首席科學(xué)家丁肇中透露，AMS首批數(shù)據(jù)的分析報(bào)告將在幾周內(nèi)發(fā)表。根據(jù)普遍預(yù)期，該成果將有助于理解暗物質(zhì)的構(gòu)成。

就這一消息，科技日?qǐng)?bào)記者采訪了中科院高能物理所研究員陳國(guó)明。包括他在內(nèi)的高能物理所部分科研人員參與了AMS項(xiàng)目。陳國(guó)明表示，論文的確即將發(fā)表，而中國(guó)科學(xué)家對(duì)AMS數(shù)據(jù)的分析起到關(guān)鍵作用。

AMS項(xiàng)目由丁肇中在1990年代中期提出。2011年，造價(jià)20多億美元、重達(dá)7噸的AMS被放置在國(guó)際空間站上。由中科院電工所研制的永磁體會(huì)使帶電粒子的運(yùn)行軌道發(fā)生拐彎，通過(guò)測(cè)量彎曲程度，配合其他儀器測(cè)出的粒子質(zhì)量、動(dòng)量，就可以知道捕獲了何種粒子。AMS在最初18個(gè)月中，采集了250億次粒子事件。

AMS的一個(gè)重要任務(wù)，是驗(yàn)證暗物質(zhì)到底由什么粒子組成。根據(jù)目前比較主流的猜想，暗物質(zhì)是由弱相互作用質(zhì)量子(WIMP)組成的，而WIMP碰撞湮滅，會(huì)放射出日常很難見到的正電子。因此，測(cè)量到高比例的正電子，將是對(duì)WIMP暗物質(zhì)理論的一種支持。

陳國(guó)明向記者介紹說(shuō)，AMS首批數(shù)據(jù)的分析顯示，正電子和負(fù)電子的比例曲線在30—40GeV(注：eV為電子伏特，是粒子能量單位)區(qū)間開始向上，一直到300GeV。這是顯示正電子比例較高的一個(gè)指證。

AMS的數(shù)據(jù)由全球6個(gè)小組分析，并互相“挑錯(cuò)”，以達(dá)成一致。陳國(guó)明表示，中國(guó)小組的分析成果成為論文的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。據(jù)介紹，正電子動(dòng)量很高時(shí)，正負(fù)電荷的確定變得不容易;另一方面，正電子和質(zhì)子由于帶電荷相同，也容易混淆。中科院高能所已就此研究了數(shù)年，數(shù)據(jù)分析相當(dāng)精確。

陳國(guó)明同時(shí)指出，該階段性成果并不能確證暗物質(zhì)的構(gòu)成。因?yàn)閺睦碚撋?，正電子比例較高也有可能是地球附近某種天體現(xiàn)象引起的;也不能排除其他未曾被認(rèn)識(shí)的物理現(xiàn)象的可能性。

暗物質(zhì)理論專家、中科院高能物理所研究員張新民告訴記者，前幾年，歐、俄的PAMELA探測(cè)器和美國(guó)費(fèi)米射線探測(cè)器也曾發(fā)現(xiàn)正電子比例較高，許多人認(rèn)為暗物質(zhì)是這種異常的來(lái)源;

此次AMS再次測(cè)量到這一異常，而且精度更高，能量范圍也更寬。

張新民認(rèn)為，AMS是暗物質(zhì)測(cè)量的一個(gè)重要數(shù)據(jù)來(lái)源，但不可能是唯一的來(lái)源。如果今后有決定性結(jié)論，也肯定由不同儀器的數(shù)據(jù)互相印證得到。

“未來(lái)10年，暗物質(zhì)研究很可能出成果。”張新民說(shuō)，“現(xiàn)在按照WIMP的理論模型，大家設(shè)計(jì)了各種實(shí)驗(yàn)，有很多裝置都干這個(gè)，包括LHC(歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī))也有希望得到WIMP粒子。”據(jù)他介紹，國(guó)內(nèi)不少項(xiàng)目都著眼于偵測(cè)暗物質(zhì)，比如設(shè)在四川錦屏的“巖石下最深實(shí)驗(yàn)室”;而LAMOST和FAST望遠(yuǎn)鏡則可以測(cè)量暗物質(zhì)的宇宙分布，有助于詮釋AMS等儀器的測(cè)量結(jié)果。