为何说有望2024年找到暗物质线索？

暗物质分布图是什么时候诞生的？~

2007年1月，暗物质分布图终于诞生了！经过4年的努力，70位研究人员绘制出这幅三维的“蓝图”，勾勒出相当于从地球上看，8个月亮并排所覆盖的天空范围中暗物质的轮廓。他们使出了什么好手段化隐形为有形的呢？那可全亏了一项了不起的技术：引力透镜。
更妙的是这张分布图带给我们的信息。首先我们看到，暗物质并不是无所不在，它们只在某些地方聚集成团状，而对另一些地方却不屑一顾。其次，将星系的图片与之重叠，我们看到星系与暗物质的位置基本吻合。有暗物质的地方，就有恒星和星系，没有暗物质的地方，就什么都没有。暗物质似乎相当于一个隐形的、但必不可少的背景，星系(包括银河系)在其中移动。分布图还为我们提供了一次真正的时光旅行的机会……分布图中越远的地方，离我们也越远。不过，背景中恒星所发出的光不是我们瞬间就能看到的，即使光速(每秒30万公里)堪称极致，那也需要一定的时间。因为这段距离得用光年来计算，1光年相当于10万亿公里。
因此，如果你往远处看，比如距离我们20亿光年的地方，那你所看到的东西是20亿年前的样子而不是现在的样子。就好像是回到了过去！明白了吗？好，现在回到分布图上，我们看到的是暗物质在25亿～75亿年前的样子。
那么在这个异常遥远的年代，暗物质看上去是什么样子的呢？好像一碗面糊。而离我们越近，暗物质就越是聚集在一起，像一个个的面包丁。这张神奇的分布图显示，暗物质的形态随着时间而发生着变化。更重要的是，这一分布图为我们了解暗物质的现状提供了一条线索。马赛天文物理实验室的让-保罗?克乃伯(Jean-PaulKneib)参加了这张分布图的绘制工作，他认为这种“面包丁”的形状自25亿年以来就没有很大改变，所以我们看到的也就是暗物质现在的形状。
那我们也在其中吗？把所有的数据综合起来再加上研究人员们的推测就可以在这锅宇宙浓汤中找到我们自己的历史。是的，是的……你可以把初生的宇宙设想成一个盛汤的大碗，汤里含有暗物质和普通物质……在这个碗里出现了两种相抗的现象：一方面是膨胀，试图把碗撑大；另一方面是引力，促使物质凝聚成块。结果，宇宙中的某些地方没有任何暗物质和可见物质，而它们在另外一些地方却异常密集：暗物质聚集在一起，星系则挂靠在暗物质上，就像挂在钩子上的画。但可惜的是，我们对暗物质究竟是什么还是一无所知……
美国科学家称暗物质或许就存在于地球之上
“暗物质”星系团，也被称为“子弹星系团”，距离地球38亿光年。通过研究这类星系团，科学家能够测量出暗物质的不可见影响。据美国太空网报道，神秘的暗物质一直以来都是自然界的未解之谜，引起了科学家们的探索和争论。近日，美国“低温暗物质搜寻计划”项目组科学家研究指出，暗物质或许就存在于地球之上。暗物质就因为它“模糊、隐晦”的特点而很难发现。事实上，科学家们也不知道究竟何为暗物质。由于暗物质既不释放任何光线，也不反射任何光线，因此最强大的天文望远镜都无法直接探测到它。自20世纪70年代以来，科学家们根据对许多大型天体之间，如星系之间的引力效果的观测发现，常规物质不可能引起如此大的引力，因此暗物质的存在理论被广泛认同。
根据科学家们的理论，暗物质通常也不会与大多数常规物质结合。有的观点认为，暗物质能够直接穿越地球、房屋和人们的身体。一些科学家已经开始在地下寻找暗物质粒子存在的证据。
美国明尼苏达大学科学家安吉拉-雷塞特尔是“低温暗物质搜寻计划”项目组成员之一。雷塞特尔表示，“就在我们的周围，存在一种暗物质流。每时每刻都存在一种交互。”她是在近期举行的美国物理学会一次会议上发表这一理论的。
在最新一期《科学快讯》杂志上，雷塞特尔和同事们发表论文声称，他们最近发现了两起事件，这些事件可能就是由暗物质撞击探测器所引起的。雷塞特尔表示，“我们此前的探测结果从来没有如此发现，这是首次。”
“低温暗物质搜寻计划”位于明尼苏达州地下大约700米的一个矿井中。因此，矿井可以阻止其他任何物质抵达实验设备，除了暗物质。这样宇宙射线和其他粒子可能会与暗物质粒子混淆的可能性已基本被排除。探测器本身也主要是由锗元素或硅元素组成的曲棍球形状的小块。如果锗或硅原子的原子核被暗物质粒子击中，它就会反弹并向探测器发送一个信号。
科学家发现，宇宙中的暗物质与一些小型的临近星系密切相关。这些星系只有数颗恒星，但它们的质量却是这些恒星单独质量的一百倍。这种隐藏的物质就被科学家称作暗物质。
然而，研究人员也无法完全确定他们所探测到的两个信号究竟是由暗物质粒子还是由其他粒子引起的。这两个信号太少，因此科学家们也无法确定。据科学家介绍，他们的计算曾经预测到背景可能会引起一次假事件。“低温暗物质搜寻计划”将继续进行他们的实验以期发现更多实质性的信号。
地球上另一项探寻暗物质的尝试聚焦于强大的粒子加速器，这类加速器可以将亚原子粒子加速到接近光速，然后让它们相互碰撞。科学家们希望通过这种难以置信的高速碰撞从而产生奇异粒子，其中包括暗物质粒子。
然而，即使采用最强大的粒子加速器，至今也未能发现暗物质的任何迹象。美国马里兰大学科学家萨拉-恩诺表示，“你也许会问为什么会这样，为什么组成宇宙大部分的物质粒子为什么在我们的加速器中从来没有发现过。”原因之一可能就是他们的加速器还没达到足够强大。
科学家们也无法确定暗物质粒子究竟有多大，有多重，以及究竟需要多大的能量才能够在实验室中发现它们。或许在任何加速器中都无法找到暗物质粒子。恩诺表示，“我们或许不知道这样一个事实，那就是暗物质粒子是我们无法制造或探测到的粒子。”
现在，最大的希望就寄托于新型的粒子加速器大型强子对撞机身上。恩诺表示，“大型强子对撞机或许会最终让我们获得足够的能量以产生暗物质粒子，并在撞击中发出它们。”恩诺也是大型强子对撞机紧凑型μ子螺旋型磁谱仪实验项目组成员之一。
编辑本段暗物质粒子证据
宇宙学家表示，他们已经在银河核心深处发现与暗物质粒子有关的最令人信服的证据。该地的这种神秘物质相撞在一起产生伽马射线的次数，比天空中的其他临近区域更频繁。
据国外媒体报道，宇宙学家表示，他们已经在银河核心深处发现与暗物质粒子有关的最令人信服的证据。该地的这种神秘物质相撞在一起产生伽马射线的次数，比天空中的其他临近区域更频繁。
最近几年，科学杂志上不断出现类似研究，不过要证实信息来源一直非常困难。然而费米实验室和芝加哥大学的宇宙学家、最新研究的第一论文作者丹?霍普表示，10月13日出现在网站上的这项最新研究与此不同。他说：“除了暗物质以外，我们考虑每一个天文学来源，然而我们了解的知识无法解释这些观测资料。也没有与之密切相关的解释。”这一断言还没得到其他科学家的严格审查，不过看过这篇论文的人表示，他们还需要对该成果进行更多讨论。
费米实验室的天体物理学家克雷格?霍甘并没参与这项研究，他说：“这是我所知道的第一项通过一个简单粒子模型，把少量与暗物质的证据有关的线索拼接在一起的研究。虽然它还没有充足证据，但它令人兴奋，值得我们去追根究底。”暗物质从137亿年前开始在庞大的能量膨胀——宇宙大爆炸过程中形成。能量冷却后形成普通物质、暗物质和暗能量，目前它们在宇宙中的比例分别是4%、23%和73%。
跟普通物质一样，暗物质具有引力，几十亿颗恒星正是在它们的帮助下聚集到星系里。但是这种物质很难与普通物质发生互动，人们看不到它。微中子是唯一一种曾在实验室里发现的暗物质粒子，但是它们几乎是零质量，而且在暗物质的宇宙能量部分里仅占很小比例。天体物理学家认为，剩下的很大一部分是由弱相互作用大质量粒子(WIMP)构成，这种粒子的能量大约比质子多10到1000倍。如果两个暗物质粒子撞在一起，它们就会彼此摧毁对方，产生伽马射线。
霍普和他的科研组通过对费米伽马射线太空望远镜在两年多时间里传回地球的数据进行分析，发现这种高能死亡信号。费米太空望远镜是美国宇航局的伽马射线望远镜，主要用来扫描银河的高能活跃区。他们发现，发出信号的相撞在一起的暗物质粒子，比质子大约重8到9倍。霍普说：“它比我们大部分人猜测的结果可能更轻一些。迄今为止我们很擅长这方面。不过人们猜测的暗物质粒子的重量范围不会一成不变。”
该科研组在银河核心处一个直径100光年的区域收集到的数据里发现这些信号。霍普解释说，他们之所以会关注这个区域，是因为它是暗物质最喜欢的聚集地，银河这个区域的暗物质密度，是银河边缘的10万倍。简而言之，银河核心就是一个暗物质大量聚集在一起，经常相撞的地方。
然而，其他科学家希望看到卡尔?萨根的名言“不同凡响的发现需要不同凡响的证据”能变成现实。也就是说，他们希望看到从自然界和实验室两方面获得的证据。芝加哥大学的宇宙学家迈克尔?特纳没参与这项研究，他说：“没人提供像萨根提到的那种证据。接受这一观点最困难的部分是，你必须拒绝接受天体物理学解释。大自然非常非常聪明，这可能是我们至今从没思考过的事情。”
特纳表示，好消息是几项有希望的暗物质探测试验目前正在进行。相干锗中微子技术(CoGeNT)等深埋地下的探测器可助霍普一臂之力。该探测器近几年可能已经发现弱相互作用大质量粒子的迹象。特纳说：“这十年是暗物质的十年。这个问题即将解决。现在所有这些探测器都在观测正确方位。”霍普同意两人的观点，不过他表示，与他交谈过的天体物理学家，没人能解释清楚这一现象。他认为，在他的发现得到支持或痛批前，也许只要数周时间就能在实验室里验证暗物质是否存在。他说：“我从没像现在一样为自己是一名宇宙学家而感到激动不已。”

2012年4月，密歇根大学的Katherine Freese与瑞典斯德哥尔摩大学的Christopher Savage 计算出了暗物质和人体组织发生相互作用的几率。Freese和Savage计算了在平均尺寸的人体中，有多少原子核与穿过的暗物质粒子发生了碰撞。这里的平均尺寸，他们是指一块主要由氢、氧、碳、氮等元素构成的70公斤的肉块。他们说暗物质与人体中氢原子核和氧原子核发生碰撞的可能性很大。关于暗物质的一般假设认为，碰撞一般每天发生大约30次，得到的计算结果是，地球上每个人每年要承受100000次的暗物质粒子碰撞。2012年5月初，根据几项暗物质探测项目获得的数据进行计算的结果显示，平均大约1分钟就会有一颗暗物质粒子击中人体。由于它们和常规物质发生相互作用的几率非常低，这当然也就意味着WIMP的撞击将不会给人体带来什么大的风险。然而当两颗WIMP粒子相互撞击时会发生湮灭反应，在这一过程中所释放出的能量就会大的多。美国密歇根大学下属密歇根理论物理研究中心教授凯瑟琳·弗莱瑟(Katherine Frees)认为：这两颗粒子的质量都相当于质子质量的100倍，当两者相撞时，它们将拥有200倍质子质量的能量释放。这将是非常剧烈的。如果这种WIMP粒子湮灭反应发生在人体内，它将可能导致对人体有害的突变。当然，发生这种事件的概率非常低。它就是暗物质，一个让物理学界追寻半个多世纪的谜。但这个谜可能很快揭晓。当地时间3日，诺贝尔奖获得者、华裔物理学家丁肇中及其阿尔法磁谱仪项目团队宣布，已借助阿尔法磁谱仪发现40万个正电子，这些正电子很可能就来自人类一直寻找的暗物质。安装于空间站上的阿尔法磁谱仪（AMS），科学家已经发现与暗物质有关的线索，低温暗物质搜寻、大型地下氙气实验等都在努力寻找暗物质的踪影。阿姆斯特丹大学天体物理学家Christoph Weniger认为已经有迹象表明我们已经探测到暗物质粒子，费米望远镜正在对银河系中央天区进行扫描。费米空间望远镜升空以来，已经被用于多个领域的观测，其中包括对脉冲星和超大质量黑洞的发现任务，探索此类天体与伽玛射线之间的关系。哈佛大学天体物理学家道格·芬克拜纳认为费米空间望远镜为暗物质探索提供了一个新的途径，我们已经开始了一个新的观测战略，答案将在2015年揭晓。科学家们希望确定银河系中央附近是否存在其他类型的伽玛射线，这些“光束”可能处于130GeV左右的能量区间上，对此，科学家也假设了是否是仪器问题导致的观测异常，加州大学天体物理学西蒙娜·穆尔贾称除了130GeV的光子外，我们还在2-3GeV能量区间内发现了低能伽玛射线。

10月17日电，阿尔法磁谱仪项目首席科学家丁肇中17日表示，他带领的研究团队有望在2024年找到宇宙暗物质的线索。

丁肇中是当天傍晚在美国航天局位于得克萨斯州休斯敦约翰逊航天中心作出上述表述的。在丁肇中讲话前，美国航天局举行纪录片首映式，反映阿尔法磁谱仪一波三折并最终进入太空的历程，以此向力挽狂澜的丁肇中致敬。

受两次航天飞机失事事故影响，又因经费紧张，美国航天局10年前决定取消航天飞机飞行，阿尔法磁谱仪项目面临下马风险。紧急关头，丁肇中在美国国会听证会上力陈阿尔法磁谱仪探索宇宙起源的意义，说服参众两院全票通过议案，以法律形式支持这项研究。

因此，美国航天局特地增加一次飞行任务。2011年5月16日，“奋进”号航天飞机最后一次飞行，将阿尔法磁谱仪送上国际空间站。

丁肇中领导的阿尔法磁谱仪项目是首次在太空中进行的大型精密物理实验，由美国、中国、俄罗斯等16个国家和地区的60个研究机构共同参与，主要目的是探索宇宙中的暗物质及其起源。

丁肇中告诉新华社记者，参与阿尔法磁谱仪项目的中国科学家有上百名，他们为项目作出了重要贡献，例如制造了核心部件永磁体。

暗物质是指那些不发光、不发出电磁波、不参与电磁相互作用、无法用现有观测工具直接“看”到的物质。暗物质被认为在宇宙中广泛存在，但人类一直没能找到暗物质存在的坚实证据。

迄今为止，阿尔法磁谱仪已收集到1000亿个宇宙射线，能量达到万亿电子伏特，其测量结果也与暗物质模型相符。丁肇中说，目前还需继续收集一些数据，“但是到2024年左右，一定会有相应测量结果，且与暗物质模型相符的可能性很大”。

美籍华裔科学家丁肇中祖籍山东省日照市，现任美国麻省理工学院教授，美国国家科学院院士及中国科学院外籍院士，曾因发现J粒子获得1976年诺贝尔物理学奖。

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