中國(guó)科技網(wǎng)記者 翟冬冬
你是否想過(guò)，舉手投足間或許已經(jīng)有暗物質(zhì)悄無(wú)聲息地穿過(guò)我們的身體。在浩瀚的宇宙中，我們能看到的恒星和氣體等普通物質(zhì)可能只占到了宇宙組成部分的5%，剩下的95%由暗物質(zhì)和暗能量組成。
在近日舉辦的國(guó)際“暗物質(zhì)日”活動(dòng)中，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所陳和生院士介紹，如果牛頓和愛(ài)因斯坦的引力理論是正確的話，我們必須得到這樣的結(jié)論：我們所看見(jiàn)的是普通原子和分子，它們只占銀河系的一小部分。銀河系的周圍有大量的光學(xué)不可見(jiàn)的物質(zhì)形成的球狀暈，包圍可見(jiàn)的星系（銀河系），它們的引力作用才能解釋星系運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。
暗物質(zhì)的行蹤如此隱秘，主要是因?yàn)樗粎⑴c電磁和強(qiáng)相互作用。除了我們?nèi)庋劭床灰?jiàn)，以往熟知探測(cè)手段如紅外線、紫外線、X射線、伽馬射線等，也看不到它。
1933年，瑞士天文學(xué)家弗雷德·茨威基察覺(jué)到了暗物質(zhì)的行蹤。他在測(cè)量后發(fā)座星系團(tuán)中星系的運(yùn)動(dòng)速度時(shí)發(fā)現(xiàn)，星系的實(shí)際運(yùn)行速度比他預(yù)想的要大許多倍。茨威基得出結(jié)論，后發(fā)星系團(tuán)中的物質(zhì)總量比可見(jiàn)物質(zhì)多了幾百倍，其絕大部分質(zhì)量的物質(zhì)是不可見(jiàn)的。1975年美國(guó)天文學(xué)家薇拉魯賓對(duì)仙女座星系中恒星的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行了測(cè)量，她的觀測(cè)結(jié)果證實(shí)了星系周圍存在著五倍于普通發(fā)光物質(zhì)的暗物質(zhì)。
暗物質(zhì)和暗能量被喻為21世紀(jì)初物理學(xué)天空的兩朵烏云。在暗物質(zhì)研究方面，有一些理論模型和假設(shè)，如超對(duì)稱理論，但都還沒(méi)有得到任何實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的支持。暗物質(zhì)到底是什么？我們現(xiàn)在還不知道。陳和生院士介紹，目前最流行的理論猜想是暗物質(zhì)是一種具有弱相互作用的重粒子。
近三十年來(lái)，尋找暗物質(zhì)粒子一直是國(guó)際粒子物理實(shí)驗(yàn)的熱點(diǎn)之一。為了追尋暗物質(zhì)的身影，科學(xué)家們進(jìn)行多種實(shí)驗(yàn)，目前探測(cè)暗物質(zhì)的手段主要有三種：直接探測(cè)、間接探測(cè)和對(duì)撞機(jī)。
直接探測(cè)實(shí)驗(yàn)是測(cè)量暗物質(zhì)粒子與探測(cè)器的原子核的彈性碰撞所產(chǎn)生的原子核反沖信號(hào)。為了避免宇宙射線的干擾，直接探測(cè)需要將探測(cè)器放入到極深的地下，這樣除了大氣層，地殼也為實(shí)驗(yàn)屏蔽了大量的宇宙射線。在四川錦屏地下2400米的深山中，錦屏地下實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行著這項(xiàng)研究。
間接探測(cè)是探測(cè)宇宙暗物質(zhì)粒子和反粒子湮沒(méi)產(chǎn)生的粒子的能譜，為了能夠得到干凈的暗物質(zhì)湮沒(méi)信號(hào)，間接探測(cè)實(shí)驗(yàn)通常在空間進(jìn)行。目前間接探測(cè)暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)主要有國(guó)際空間站上的阿爾法磁譜儀實(shí)驗(yàn)（AMS-02）和美國(guó)的費(fèi)米伽馬射線衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)。我國(guó)于2015年12月發(fā)射了 “悟空” 暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星，正在用它的“火眼金睛”探尋暗物質(zhì)存在的證據(jù)。
對(duì)撞機(jī)探測(cè)則是在超高能對(duì)撞機(jī)上產(chǎn)生暗物質(zhì)候選粒子?，F(xiàn)在世界上最強(qiáng)有力的對(duì)撞機(jī)是歐洲核子中心的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，在其數(shù)據(jù)中尚未發(fā)現(xiàn)有暗物質(zhì)的跡象。
據(jù)悉本次“暗物質(zhì)日”科普活動(dòng)由高能物理國(guó)際互聯(lián)合作組織發(fā)起，涉及到了25各國(guó)家和地區(qū)，101個(gè)現(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)和13個(gè)線上活動(dòng)。除了北京站外，上海站也在日前舉辦了精彩的暗物質(zhì)日科普活動(dòng)。
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