2月18日，在美國波士頓結束的美國科學促進會年會上，美國麻省理工物理學家丁肇中領導的研究團隊對外宣布，他們的阿爾法磁譜儀發現了弱相互作用大質量粒子存在的證據
■ 將於未來幾周發表論文
■ 如被確認則有望解答宇宙組成之謎
2月18日，在美國波士頓結束的美國科學促進會（AAAS）年會上，美國麻省理工物理學家丁肇中領導的研究團隊對外宣布，他們的阿爾法磁譜儀（AMS）發現了弱相互作用大質量粒子（WIMP）存在的證據，6個科研小組達成了一致意見，都贊同是探測到WIMP，而WIMP就是一種暗物質的候選體。丁肇中稱，將於未來兩到三周發表涉及暗物質的研究論文，對這項研究的進展作詳細闡述。1976年，因發現「丁粒子」，丁肇中被授予諾貝爾物理學獎。
中科院理論物理研究所研究員李淼昨天對早報記者表示，根據現在丁肇中透露的消息，只能說探測到暗物質湮滅的信號的可能性比較大，但他沒有說這些信號來自暗物質還是脈衝星，「如果丁肇中團隊的發現被確認，這肯定是這幾十年來的重要科學發現。」
2003年，美國國家航空航天局宣布，根據威爾金森微波各向異性探測器的觀測數據，發現了暗物質存在的直接證據，並估算出宇宙由73%的暗能量，23%的暗物質和4%我們已知的物質組成，可以說4%以外的部分大都屬於未知。如果此次暗物質的發現能夠得到確認，那麼人類對於宇宙的認知無疑向前邁進了一大步。
史上最昂貴的實驗
2011年5月，美國奮進號太空梭執行了最後一次太空任務，它將價值20億美元的阿爾法磁譜儀（AMS）送往國際空間站，用於探測宇宙射線及高能粒子。這也被稱為史上最昂貴的一次實驗。阿爾法磁譜儀重達7噸，擁有一個巨大的特製超導磁鐵，能使落在它上面的粒子軌跡發生彎曲。粒子的彎曲軌跡顯示了它的電荷，再通過一系列的探測器對粒子的質量、速度和能量等進行分析，科學家便能準確知道捕獲的是什麼粒子。丁肇中稱，在阿爾法磁譜儀運行的最初18個月中，已經探測了250億次粒子事件。
阿爾法磁譜儀項目便是由丁肇中在1990年代中期提議開始的。「我們等待了18年來寫這篇論文，如今到了最後確認階段，」丁教授在波士頓的一次美國科學促進會(AAAS)的年會上發言道，「我預計在未來兩到三周內，我們就能發布研究成果。我們一共有6個分析小組對相同的數據結果進行分析。如你所知，每個物理學家都有他們自己的見解，我們現在要保證每個人都能同意彼此的觀點。這項工作現在已經完成得差不多了。」
需等待論文來做最後確認
理論上，弱相互作用大質量粒子（即WIMP）的碰撞和湮滅會產生大量電子和正電子。通過測定二者的比例，以及在能量譜上的行為變化，可能找到暗物質。如果實驗檢測到在某能量處存在大量正電子，這可能暗示著檢測到了暗物質，因為電子在宇宙中無處不在，而已知的天體物理學過程很少會產生正電子。芝加哥大學卡弗裡宇宙學研究所的麥可·特納(Michael Turner)教授說，「在對正電子和電子的觀測中，如果發現二者比例突然上升然後急劇下降，那就是星系中暗物質湮滅的關鍵標誌。在能量體系中也要考慮，是否具有各向異性？正電子是從固定的某個方向還是從所有方向出現？」
據李淼介紹，WIMP這個名詞最初也是由卡弗裡宇宙學研究所芝加哥大學命名的。李淼表示，根據丁肇中發布的消息，目前還無法判斷，這些發現到底是來自脈衝星還是暗物質湮滅的信號。如果發現的正電子從某個特定的方向發出，就意味著該信號是來自像脈衝星一類的天體，而不是暗物質。如果是來自各個方向的，那就是來自暗物質。李淼認為，根據現在丁肇中透露的消息，只能說探測到暗物質湮滅的信號的可能性比較大，但這些信號來自暗物質還是脈衝星，他沒有說。
據悉，此次阿爾法磁譜儀的數據涉及的是0.5至350GeV(10億電子伏特)質量範圍內的正電子-電子比例。這一範圍已經是其他實驗中科學家認為可能發現暗物質的上限。據特納教授介紹，理論上，這種粒子的質量大約在質子質量的30、40和300倍之間。大型強子對撞機能夠製造這樣質量的粒子，丁肇中的阿爾法磁譜儀能探測到這樣質量的粒子湮滅，而位於深地底的探測器對這樣質量的粒子也非常敏感。「如果非常幸運的話，我們能同時獲得有關暗物質的三個特徵信號，分別是通過觀測粒子湮滅、直接探測粒子以及用大型強子對撞機製造粒子，這三種方法在同樣的質量範圍內都很靈敏。」
什麼是暗物質？
20世紀30年代，瑞士天文學家弗裡茲·茨威基（Fritz Zwicky）研究了距離我們約兩億光年的COMA星系團，他先測量了星系團中各個星系的亮度，通過已知的亮度和質量的關係，得出了可以看見的星系團質量。接下來，他又測量了各個星系的公轉速度以及它們到星系團中心的距離，通過萬有引力定律計算出了星系團的總質量。他發表了一個驚人結果：在星系團中，看得見的星系只佔總質量的1/300以下，而99%以上的質量是看不見的，只能通過引力「感覺」到它們的存在。
在宇宙的天體之間，引力的作用並不能解釋天文學家看到的一切，如果只有這些天體的引力，那各個星系應該處於分崩離析的狀態，因此在各個星系之間，還存在把它們聯接在一起的物質。天體物理學家將這種理論中的物質稱為「暗物質」，暗物質無法通過電磁波的觀測進行研究，也就是不與電磁力產生作用的物質。我們看不見它們，但它們確實在星系間起著作用。在最大的距離尺度上，宇宙正在加速擴張。因此我們更需要關注與引力作用截然不同的暗物質。目前的理論估計，宇宙的73%為暗能量，23%為暗物質，而只有4%是我們已知的物質。暗物質的存在可以完善大爆炸理論，對結構的形成也非常關鍵。
弗裡茲·茲威基極富想像力地提出了宇宙中存在「暗物質」的假設，儘管當時不被人接受，但越來越多的證據都指向它真的存在。比如，通過觀測星系中恆星的公轉速度，也確認了星系中有大量暗物質存在。還有引力透鏡、星系碰撞和宇宙微波背景輻射等等的觀測都間接證實了暗物質的存在。能說明問題的是「子彈星系團」的觀測，這是兩個相撞後的星系團。2006年的一個研究表明，在「子彈星系團」中的星系團碰撞後，可見物質組成的氣體由於相互之間的作用還糾纏在一起，而暗物質相對穿行而過，暗物質之所以會穿行而過就是因為它們暗，不發生什麼相互作用。和暗物質一起穿行而過的是恆星。這個結果支持暗物質假說，基本否定了與暗物質假說競爭的其他理論，如一些新的引力理論。
從這個假設提出開始，幾十年過去，科學家在發現暗物質方面並未取得實質性的進展。但對於天文學家來說，他們需要暗物質。在天文學家看來，暗物質的作用就像宇宙膠水。因為物質之間尤其是天體之間的引力無法保持恆星和星系之間聚集，為了使星系之間不致分裂，天文學家需要暗物質提供的引力把它們聚集起來。如果最後發現暗物質不存在，這意味著關於引力的理解在大尺度上是錯誤的。這對於很多天文學家來說是不可想像的。
科幻作家劉慈欣昨天對早報記者表示，雖然暗物質是一個重要的科學論題，但科幻作家對這一題材涉及不多，「在我印象中，跟暗物質有關的重要科幻作品只有加拿大科幻作家羅伯特·索耶的《金羊毛》。」
為什麼是WIMP？
在丁肇中研究團隊的報告中，多次提到了WIMP這個名詞，如果能探測到WIMP存在痕跡，就能宣布發現WIMP，WIMP被認為是一種暗物質的候選體。那麼，什麼是WIMP？
上海交通大學粒子物理宇宙學研究所劉湘在一篇文章中曾介紹，關於暗物質究竟是什麼，研究者曾對這種物質可能的形態做過很多理論上的猜測。就目前而言，被研究得最多也是最被看好的暗物質模型是所謂弱相互作用大質量粒子（Weakly Interacting Massive Particle，即WIMP）。這種粒子的特點是雖然沒有電磁相互作用和強相互作用，但是參與弱相互作用，同時質量比質子和中子大。
劉湘認為，「WIMP之所以成為暗物質的熱門候選者主要有3個原因：首先，WIMP具有『冷暗物質』的各種性質，而基於冷暗物質的宇宙學模型與觀測符合得比較好。其次，在粒子物理理論中比較容易構造出符合WIMP 特點的粒子。例如，流行的超對稱理論就預言可能存在最輕超對稱粒子，這種粒子如果不帶電就很容易符合WIMP的特性。最後，WIMP具有弱相互作用截面，而按照統計物理的粒子退耦理論計算，WIMP的數量也剛好和暗物質密度的觀測值在同一個數量級。即WIMP可以很好地放入我們今天的宇宙理論模型裡。」
電腦合成的數百萬光年以外的太空中暗物質圖片。
上海交通大學粒子物理宇宙學研究所劉湘曾在一篇文章中介紹暗物質在宇宙中的分布：中心螺旋狀是我們所在的銀河系，紅藍綠代表銀河系中暗物質暈。
暗物質的存在是如何被認知的？
·萬有引力定律無法解釋太空人在外太空的所見。1970年，一位名叫Vera Rubin的太空人在測量外行星的速度時發現，星系邊緣的行星速度與僅在萬有引力作用下所得的數據不一致。
·如果只在萬有引力的作用下，各個星系應該是離散的，因此肯定有某種力量將它們聚攏在一起。
·在無窮遠處，宇宙的膨脹在減弱。
因此……
·天文學家假定有「暗物質」的存在，它們不能被看見，但的確在對星系的規模產生影響。
·與萬有引力相反，宇宙中還有「暗能量」對宇宙的膨脹產生作用。
2003年，NASA宣布測算到
宇宙=73%的暗能量+23%的暗物質+4%已為我們所知的物質
如果此次暗物質的發現能夠得到確認，那麼人類對於宇宙的認知無疑向前邁進了一大步。
錄入編輯：王卉