传丁肇中团队发现暗物质 未来几周或有论文发表

2013-02-21 10:01  来源:现代快报

  原标题[丁肇中团队有办法找到暗物质?未来几周内或有论文发布]

丁肇中教授在东南大学演讲 资料图片

  丁肇中教授在东南大学演讲 资料图片

  宇宙中存在着这样一种“看不见的统治者”,它的名字叫:暗物质。它对于恒星、星系等天体的诞生起着重要的作用。尽管地球上找不到,元素周期表里也没有,但是全世界的科学家们都对“暗物质”充满了兴趣,全球有几十个研究小组在寻找。

  昨天,有消息说,得到东南大学助力的诺贝尔物理学奖得主丁肇中研究团队,找到了暗物质湮灭迹象。这一消息,引起了网友们的极大关注。而中科院紫金山天文台的专家们也在密切关注这一研究的最新进展。为了寻找暗物质,2015年,中科院紫金山天文台将发射天文卫星去捕捉它。

  现代快报记者 金凤 胡玉梅

  东大联手丁肇中

  丁肇中将发表暗物质研究论文

  2011年5月16日,美国“奋进”号航天飞机从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空,“奋进号”的升空,备受瞩目的是其搭载的高精度粒子探测器“阿尔法磁谱仪2(AMS02)”。从那之后的未来10年或更长时间里,它将在国际空间站运行,寻找反物质和暗物质,探索宇宙的起源和演变。

  “阿尔法磁谱仪”实验是一个大型国际合作科学实验项目,它的牵头人是诺贝尔物理学奖得主、华裔美国科学家丁肇中教授。据科普网站果壳网的微博“@果壳网”透露,未来几周内,丁肇中教授将发表涉及暗物质的相关研究论文。

  东南大学也参与到了丁肇中的研究团队,参与数据分析。东大计算机科学与工程学院院长罗军舟介绍说,阿尔法磁谱仪就像人类派往太空的“神探”。它的主要本领是能够探测到太空中“流窜”的粒子。这一本领基于磁谱仪强大而特殊的磁场。这个磁铁可以捕捉到外太空的粒子,通过数据分析后,就能发现是否有反物质和暗物质的存在。与天文望远镜观测物质发出的可见光和电磁波不同,磁谱仪直接观测粒子本身。因而,磁谱仪能够发现天文望远镜无法发现的暗物质和反物质。

  东南大学助力寻找暗物质

  东南大学是国内第一所参加AMS实验的高等院校,在AMS项目中主要承担了3项任务建立磁谱仪实验系统、反物质探测系统和地面数据处理系统。如今,近两年时间过去,东大在此项研究中发挥了什么作用,又有哪些进展呢?

  东南大学计算机科学与工程学院院长罗军舟介绍,目前,东南大学已经在九龙湖校区投资近1600万元人民币,建成拥有3500核和500TB计算能力达37万亿次的最先进的云计算平台。AMS-02在太空运行收集到的数据,通过美国NASA的KU波段传回地面中心,中转后传到瑞士日内瓦欧洲核子研究中心,随后传到东南大学的AMS-02数据处理与分析中心,并通过这个云计算平台,为世界各国物理学家访问AMS-02所得的科学数据和观测数据提供统一视图和索引机制,充分实现数据共享和协同工作。

  “云计算平台运行1年多,还没有最终结果,宇宙是非常浩大的,1年的探测是微不足道的。但是也发现了一些有趣的结果,尽管这不是最终的结果。最近,丁肇中教授正准备发布一篇文章,可能会将发现的详细情况公布于众。” 至于有哪些科研发现,罗军舟表示在论文发布前,东大方面不便于公开。

  靠数据平台捕获暗物质证据

  那么,处理能力强大的云计算平台,如何对数据进行处理呢?罗军舟说,平台的数据处理,主要通过“蒙特卡洛仿真”和“事件分析”的方法进行。

  “蒙特卡洛仿真是一种数据处理方法。” 东大一位专家参与了AMS-02探测器的工程研发,他通俗地向现代快报记者解释,“粒子穿越探测器时,探测器会将数据采集下来,而粒子穿越暗物质和其他物质时,轨迹、路径和偏转的角度都不一样,通过判断粒子飞行的时间和角度,来判断粒子的质量和带电性,确定是什么粒子,这些粒子是否是暗物质或者反物质的组成。”

  该专家介绍,东大还复现了一个与AMS-02 在太空遥遥相望的“AMS-C”探测器,“这个探测器相当于简化的AMS-02,两者磁体强度一样,但AMS-02有5个子探测器,AMS-C用了两个子探测器,模拟在空间环境下,AMS-02在太空的运转,在地面探测宇宙射线。”

  紫台早有研究

  2015年将发射天文卫星寻找

  有关专家说,全球大约有20多个研究小组在寻找暗物质。而中科院紫金山天文台的专家们也一直在寻找暗物质湮灭的证据。

  1998年,紫金山天文台空间天文试验室尝试用一种简单有效的观测高能电子方法。当时,美国南极长周期气球项目“ATIC”(先进薄电离量能器)实施,中国天文学家、中科院紫金山天文台研究员常进便利用“ATIC”的设备观测高能电子和伽玛射线。而当时的检测仪器,就是靠一个非常庞大的气球带上高空的。

  当时,通过“ATIC”观测设备,常进与合作者在南极进行了3次观测(其中1次因气球漏气失败),他们共观测到3000万个宇宙线粒子,经过层层筛选,他们找到210个高能电子。在翔实的数据面前,研究人员在说服自己的同时,也得到了业内人士的认可。这让大家都很兴奋:离发现暗物质粒子湮灭证据近了。

  2008年11月20日,《Nature》上发表了紫台研究员常进与国外同行合作的宇宙高能电子空间观测新发现《宇宙电子在3000-8000亿电子伏特能量区间发现“超”》。

  为了进一步捕获暗物质湮灭证据,2015年,中科院紫金山天文台将发射天文卫星去寻找。中科院紫金山天文台专家说,目前,我国的暗物质粒子探测卫星的研制正在紧密进行中。

  什么是暗物质

  看不见、摸不着、重如山

  在现代天文学界和物理学界,有一个被科学家称为“世纪之谜”的问题待解,它也是困扰现代物理学发展的一个重大难题,这便是暗物质,暗物质的本质到现在还不清楚。

  1937年,天文学家弗里兹·扎维奇发现,大型星系团中的星系具有极高的运动速度,然而星系的运行速度远远超出万有引力公式计算出的结果,这表明除了人类已知的星系团核心物质对该星系的引力外,还存在其他引力。天文学家进一步推断,在人类已知的宇宙物质之外,还有一种物质存在。平常人很难理解暗物质,专家说,这个物质很奇怪,不仅本身不发光,而且光线也射不进去,所以人是看不到的。最令人惊讶的是,它虽然摸不到,却有重量和引力,如果前面有个暗物质山,可能会将人压死。

  专家说,最新的天文观测表明,宇宙的组成包括普通物质、暗物质和暗能量,其中暗物质占宇宙25%,暗能量占70%,我们通常所观测到的普通物质只占宇宙质量5%。宇宙“暗”的一面,主宰了整个宇宙。有趣的是,爱因斯坦曾提出暗物质这个概念,又被他否定了。

  成为暗物质的必要条件:

  (1)不发出任何光。(2)几乎不与任何物质方式碰撞。(3)在宇宙早期速度几乎是零。(4)宇宙中存在的量大约是可见物质的5倍。

  网友大猜想

  丁肇中会第二次获诺奖?

  “去年,人类发现了一种几乎可以肯定是希格斯玻色子的新粒子;今年,暗物质的存在证据又出现了!”丁肇中研究团队的重大发现一经传出,立即引来网友对物理学界的拍案惊奇。

  但更多的是赞叹:“如果科技是魔法,那丁老师的兴趣显然都用来钻研黑暗魔法了。”“人类又一次打开了潘多拉魔盒。”还有网友发出诺奖之问:“丁肇中会第二次获得诺奖么?”

责任编辑: 房小葵
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