暗物質初露端倪

20世紀30年代,瑞士天文學家扎維奇發(fā)表了一個驚人結論:在星系團中,看得見的星系只占總質量的0.3%以下,而99%以上的質量是看不見的。當時許多人并不相信扎維奇的結論。

直到1978年才出現(xiàn)第一個令人信服的證據(jù),這就是測量物體圍繞星系轉動的速度?？茖W家根據(jù)人造衛(wèi)星運行的速度和高度,就可以測出地球的總質量。根據(jù)地球繞太陽運行的速度和地球與太陽的距離,可以測出太陽的總質量。同理,根據(jù)物體(星體或氣團)圍繞星系運行的速度和該物體距星系中心的距離,科學家可以估算出星系范圍內的總質量。

這樣計算的結果發(fā)現(xiàn),星系的總質量遠大于星系中可見星體的質量總和。結論似乎只能是:星系里必有看不見的暗物質。

事實上,根據(jù)推算,23%的宇宙由看不見的暗物質組成,73%由一種導致宇宙加速膨脹的暗能量組成,而太陽、銀河系及所有發(fā)光的物質僅僅是宇宙中極少的一部分,大約只占4%。這是一種完全不為人類所知的物質和能量,正是它們控制著宇宙,主宰著宇宙的未來。

追蹤暗物質

科學家追蹤暗物質,就像追蹤一個幽靈。

雖然暗物質跟普通物質一樣,具有引力,但這種物質很難與普通物質發(fā)生互動,因此人們看不到它們。

目前,微中子是唯一一種曾在實驗室里發(fā)現(xiàn)的暗物質粒子,但是它們幾乎是零質量,而且在暗物質的宇宙能量部分里僅占很小比例。天體物理學家認為,剩下的很大一部分暗物質是由大質量弱相互作用粒子構成,這種粒子的能量大約比質子多10~1000倍。

微中子又叫中微子,

是組成自然界的最基本的粒子

之一,以接近光速運動。為了研究中微

子的性質,各國建造了大量探測設施,比較著名的有日本神岡町的地下中微子探測裝置、俄羅斯在貝加爾湖建造的水下中微子探測設施以及美國在南極地區(qū)建造的中微子觀測裝置等。

對中微子的研究不僅可以告訴我們宇宙整體的質量,而且可以揭示浩瀚的太空深處各種星體的奧秘。這是因為我們現(xiàn)在所觀測到的星光、太陽光只是星球、太陽表面發(fā)出的光,只有中微子才能暢通無阻地將星球、太陽內部的信息帶給我們。

大質量弱相互作用粒子是一種運動速度相對緩慢,能夠聚集成團的粒子。為了尋找理論上的大質量弱相互作用粒子,科學家們選擇了地下世界。因為實驗室上面覆蓋的巖石可以屏蔽宇宙射線或者其他太空中的東西,消除干擾,而暗物質可以穿越一切它遇到的東西,最終被深埋在地下的高靈敏度探測器發(fā)現(xiàn),因此這樣的實驗必須在地下深處進行。

但是,因為暗物質與普通物質相互作用的可能極其罕見,平均需要一年的時間,科學家才有可能遇到一個大質量弱相互作用粒子。

科學家也沒有

更好的辦法,但很多人對此信心滿滿?，F(xiàn)在,暗物質探測器的精度已經(jīng)比20年前增強了1000

倍,未來,科學家會建造更大更精確的探測器用于捕捉暗物質。

尋找暗物質的中國地下實驗室

四川錦屏山的山底曾修建過一條可以通行汽車的隧道,隧道上面是2500多米厚的山體巖石。這些平常的隧道,在那些苦苦尋找實驗環(huán)境的科學家眼里,卻成了“香餑餑”。

事實上,中國錦屏地下實驗室是目前世界巖石覆蓋最深的實驗室。在深深的地底,正有科學家醉心于此,努力尋找暗物質的蹤跡。

從地面上開車大概20分鐘,就能到達地下實驗室?？茖W家戴上安全帽、穿著硬底鞋,進入布滿各種儀器設備的實驗室。這里四季恒溫,冬暖夏涼,不需要用空調。唯一與地面實驗室不同的是,這里沒有窗戶,感覺不到四季變化,進去久了容易讓人搞不清外界是白天還是黑夜。

一旦儀器運行穩(wěn)定后,科學家就不用再“守”著探測器,只需在地面上的辦公室監(jiān)控探測器運行即可,地下實驗室的所有數(shù)據(jù)會傳送至地面。

在這里工作的科學家們,探求的是物質最深層次的奧秘,每一個微小的科學發(fā)現(xiàn)都將使人們對物質世界的認識更進一步,這是最了不起的事。