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據美國《科學》雜志在線版近日報道，美國國家航空航天局(NASA)的費米伽馬射線天文望遠鏡以最新數據證實了宇宙存在著過量的反物質。本次結果是在 2008年PAMELA(反物質探測和輕核天體物理載荷)衛星捕捉的一次非同尋常的反物質信號的基礎上完成的。天文學家評價稱，其不啻為一項物理學領域的重要發現，亦是天文觀測的一大壯舉。 同時，因該結果背后的研究原理，亦有極大可能確認了此信號對于暗物質的意義，并將作為一個罕見的暗物質標志，進一步揭示暗物質的本質。目前，相關研究論文已遞交到《物理評論快報》。 暗物質與反物質的“糾結” 2008年，意大利、德國、俄羅斯和瑞典等國科學家們的聯合航天行動項目衛星PAMELA捕捉到了一次不同尋常的信號，那就是反物質粒子飛過太空留下的脈沖。該發現在當時引起巨大爭議，因為，它被認為可能與暗物質的存在和直接證明息息相關。 這是反物質與暗物質之間復雜糾結的關系。 盡管，聽起來都是很“黑暗神秘”那一系的，但暗物質可不是反物質。如今公認的原理是，暗物質占據了全部宇宙物質的85%，但人們卻從未直接觀測到過它 (甚至不知它究竟是以粒子形式呈現還是處于人類尚未知曉的狀態)；而反物質的世界與物質世界就像蝴蝶一對飛翼，只不過反物質這部分卻一直“隱匿”。 因此，人們可以這樣說：暗物質現在在宇宙中有很多，但我們卻不知道它是什么；而反物質我們相對了解，可是現在的宇宙中卻沒有很多。 在這些微乎其微中，最早被人們發現的反物質就是正電子，而在所有反粒子中，最容易獲得的也是正電子。 因此，盡管正電子信號可能具有各種生成來源，但目前最主要的候選源就是暗物質。如果這種奇異的粒子形式作為暗物質殘骸遺跡的推測能被證實，這必然成為是一個極其難得的、不通過萬有引力而看到的暗物質證據，或可通過它來揭示暗物質的存在與構成。 PAMELA和費米帶來的激動 PAMELA負載衛星于2006年升空，科學目標就是試圖發現正電子數量超過預期，證明其與暗物質的理論相吻合。 理論界普遍認為，兩個暗物質粒子碰撞后湮滅，會產生普通的物質粒子，如電子和它的孿生兄弟正電子，而電子—正電子系統也最適合研究普通物質與反物質的結合。在碰撞湮滅過程中所釋放出來的能量，可以根據愛因斯坦的質能方程算出E=mc2算出，即這些粒子的能量，基本上等于原來的暗物質粒子的質量乘以光速的平方。 當年，PAMELA衛星探測到正電子尖狀物通過特定的能譜沖向大量電子時，物理學家們激動不已，但彼時還不能確定這就是暗物質粒子湮滅的證據，科學家們還必須排除產生這些正電子的其他可能——譬如脈沖星和中子星。 此次，美國斯坦福大學物理學家根據PAMELA衛星2008年的觀測結果瞄準并校正那個正電子信號。他們利用的方法是，使用地球本身作為一個粒子過濾器，從而在只有電子或只有正電子通過地球磁場時去觀察。 研究結果表明，正電子相對豐度上升至200億至1000億電子伏特，且可繼續增強至2000億電子伏特，這是人們首次發現的現象。而正電子信號作為暗物質的遺跡，弱相互作用粒子(WIMP)的質量將至少是質子的100倍，而NASA的費米望遠鏡得到的宇宙射線光譜數據，提供了計算弱相互作用粒子質量的可能。結論正在許多理論預測范圍內，研究人員最終證實了PAMELA衛星的結果。 暗物質與反物質的未來 哈佛大學的物理學家道格·芬克百納指出，盡管確認數據是否為暗物質的直接證據還言之尚早，但天文學家們震驚地發現，正電子信號會在更高的能量下增強，且很可能已超越了費米望遠鏡的測量范疇。芝加哥大學宇宙學家邁克爾·特納則表示，確認正電子數量的上升，意味著人類對宇宙的又一大發現。 而為了尋找更加毫無疑問的證據，現在要依靠另一個探測器——由丁肇中領導、耗資22億美元研制的“阿爾法磁譜儀2”(AMS-02)。這臺被稱為“科學的未來”的強大儀器已于今年5月發送到了國際空間站，其巨型磁鐵將用于解析宇宙射線，探測正電子的過量和驟降，那是遠比費米望遠鏡更高的能量探測范疇。 如芬克百納所說，AMS-02將對這場神秘的暗物質與反物質謎案，作出“結案陳詞”。(記者 張夢然 綜合外電) 科技日報 |
