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暗物质和暗能量 物理学天空这两朵乌云甚么时候才能消失

2019-11-14 科技日报 陆成宽
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  “像20世纪初一样,21世纪初的物理学天空也存在两朵乌云,它们是暗物质和暗能量。”近日,中国迷信院院士、中国迷信院高能物理研究所原所长陈和生在2019年国际暗物质日北京地区活动上如此感慨。

  出现与引力实际不分歧景象

  1687年,牛顿在《天然哲学的数学道理》中提出了物质间的万有引力定律。200多年后,爱因斯坦于1916年发表了狭义相对论,把牛顿的引力实际推行到实用高速活动的物体。牛顿和爱因斯坦的引力实际一向被人们奉为圭臬。

  “但是,上世纪20年代起,愈来愈多的地理不雅测注解,在星系到宇宙的标准存在一些与牛顿和爱因斯坦的引力实际不分歧的景象。”陈和生说道。

  地理学家不雅测发明,旋涡星系的改变曲线并没有按引力实际预言的那样,在星系的发光区域以外敏捷降低,而是陡峭地延长。在银河系一切的星球都绕银心迁移转变,根据牛顿的万有引力,太阳迁移转变的速度和银河系的质量和太阳离银心的间隔直接相干,可以推出太阳的迁移转变速度为每秒170千米,然则实际丈量的成果倒是每秒220千米—250千米。

  毕竟是甚么导致引力实际掉灵了呢?宇宙中还存在我们不知道的奥秘魅影?

  对宇宙中95%物质一窍不通

  为了解释这类景象,迷信家揣摸旋涡星系里必定有我们看不见的暗物质。还有很多其他的地理不雅测证据也注解有暗物质存在。宇宙微波背景辐射不雅测实验的成果给出了暗物质在宇宙物质总量的比例。在宇宙中,浅显物质只占4.9%,暗物质占到26.8%,暗能量占到68.3%。

  “这个成果是相当惊人的。粒子物理的根本实际‘标准模型’精确地说清楚明了简直一切的实验景象,20世纪60年代以来,与之相干的研究取得了18次诺贝尔物理学奖。但这个成功的实际只能解释宇宙中不到5%的物质,而对剩下的95%一窍不通,我们成了坐井观天。”陈和生说。

  那么,我们一窍不通的暗物质究竟是甚么?物理学家还不知道。他们猜想,暗物质是一种具有弱相互感化的重粒子,它比氢原子要重几百倍乃至几千倍。

  关于这类既看不见也摸不着的暗物质,迷信家们正在尽力寻觅它们。“暗物质寻觅是近三十年国际粒子物理实验的热点之一,重要经过过程三类实验来寻觅暗物质粒子。”陈和生告诉记者。

  三类实验正在搜索暗物质粒子

  第一种类实验是在超高能对撞机上产生暗物质候选粒子,在欧洲的大年夜型强子对撞机上有很多迷信家从事如许的任务,个中包含很多来自中国科研院所和高校的迷信家。

  “‘对撞’只是一种寻觅暗物质的办法,迷信家还在‘上天’‘上天’寻觅暗物质。所谓‘上天’,就是在外层空间直接探测暗物质,暗物质粒子能够会湮灭,产生浅显物质对,如正负电子对。可以经过过程丈量宇宙线正电子来寻觅暗物质,比如华人诺奖取得者丁肇中师长教员引导的阿尔法磁谱仪实验;也能够经过过程丈量宇宙线电子加正电子来寻觅暗物质,比如我国的‘悟空’卫星实验。”陈和生说道。

  而“上天”寻觅暗物质,则是经过过程深地实验直接探测暗物质粒子。暗物质粒子能够与浅显物质产生概率极渺小的碰撞,并把本来运动的原子撞得“飞起来”。撞“飞起来”的原子便可以被不雅察到了,这就是直接探测。陈和生把这类探测办法比作“刻舟求剑”,暗物质粒子是兔子,浅显物质的原子就是株。

  实际上,即使这三类实验之一发清楚明了暗物质的候选粒子,确认它就是宇宙中的暗物质也是一项极其艰苦的义务。陈和生强调,三种实验或至少两种,必须相互验证,才能确认这类粒子的存在,这须要实际和实验物理学家和地理学家密切协作,合营尽力。

打印 义务编辑:侯茜
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