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暗能量、暗物质专题:AMS团队发布暗物质研究最新成果

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hkhtg090201 发表于 2010-8-16 20:58 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 hkhtg090201 于 2013-4-4 14:43 编辑



暗能量、暗物质这几年很时髦,开个专题帖子。


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Dark energy, alien planets are focus of decadal survey
BY STEPHEN CLARK... SPACEFLIGHT NOW
Posted: August 15, 2010


  NASA's top new astrophysics mission should be a multipurpose infrared space telescope to study planets beyond our solar system and seek out dark energy, the driving force of the universe, according to an independent science panel. Charged with recommending an astronomy and astrophysics science program for federal agencies in the next decade, a National Research Council committee reported projects should focus on the birth and early evolution of the universe, habitable worlds beyond our solar system, and the fundamental physics of the cosmos. "Three of the most highly-ranked science programs involving dark energy, exoplanet statistics and surveys of our and nearby galaxies required a rather similar type of space telescope," said Roger Blandford, chair of the council's astrophysics decadal survey. The board identified a leading mission named the Wide Field Infrared Survey Telescope that should be ready to launch by 2020.


[size=-2]Artist's concept of a proposed design for the Joint Dark Energy Mission. Credit: NASA/Department of Energy

WFIRST addresses all three science priorities, so the panel recommended it be the centerpiece of NASA's next decade of astrophysics research. The WFIRST observatory would have an estimated cost of $1.6 billion. NASA follows the guidance of decadal surveys in formulating its mission portfolio, and top-ranked recommendations are almost always implemented in some form. The National Research Council called upon leading astronomers and physicists to review approximately 100 project proposals and determine which missions offered the best science value. The decadal survey panel was on the job for about two years. "Because of the clarity and the prioritization and the solidity of (this) consensus, science agencies have been empowered to implement the recommendations," said Ralph Cicerone, president of the National Academy of Sciences. For the first time, the astrophysics and astronomy decadal survey hired the Aerospace Corp. to conduct an independent analysis of the probable cost and schedule risks for the prioritized missions. The panel requested the risk study to give a more accurate depiction of the cost and schedule for cutting edge space missions, which have been prone to inaccurate cost estimates and slipping schedules. The James Webb Space Telescope, the top priority in the last decadal survey, has fallen victim to delays and cost overruns. In the 2001 report, the observatory was projected to cost $1 billion, but that figure is now $5 billion and launch is still at least four years away. Committee members say the missions in this year's decadal survey should fare better. "This may be the first decade where we have some hope that the targets estimated will be reached, whereas in previous decades there was a lot of dreaming about wouldn't it be great if," said Neil deGrasse Tyson, director of the Hayden Planetarium in New York City. "It remains to be demonstrated, but I just want to make it clear that we learned from previous decadal surveys how we needed to adjust how we approach the reality check." In addition to schedule and cost concerns, the board considered international cooperation as a keystone of its recommended set of missions. "One of the changes in this survey was to try to view this with international eyes," said Michael Turner, an astrophysicist from the University of Chicago. WFIRST has a counterpart project in the European Space Agency named Euclid, a candidate for one of two medium-class launch opportunities in 2017 and 2018. ESA plans to select two of the three would-be probes for implementation by late 2011. The panelists said NASA should welcome collaboration from ESA on WFIRST, but the United States should take a leading role in the mission. The WFIRST concept builds upon the Joint Dark Energy Mission, a joint project proposed by NASA and the U.S. Department of Energy. The 4.9-foot telescope has a low-to-medium technical risk and should formally start development in 2013, according to the report. The decadal survey's second priorty for large-scale space-based research is an augmentation of NASA's Explorer program, a series of small and medium-class satellites. "The committee feels so strongly that launching more Explorers will lead to such a large science return in the outlay that it became its second recommendation," Blandford said. According to Blandford, the Explorer program has been "chronically underfunded" but shows great promise. NASA should increase funding for astrophysics Explorer probes from $40 million to $100 million annually by 2015, the survey said. If implemented, the higher budget would support two new mid-scale and two small Explorer missions in the coming decade. NASA could also afford up to four less expensive missions of opportunity.

[size=-2]Artist's concept of the LISA mission. Credit: ESA

The National Research Council's other two top priorities for NASA are a gravitational wave detector named LISA and the International X-ray Observatory, a follow-up to the Chandra mission. Both missions aren't likely to launch until the 2020s. The decadal survey forecasts LISA's total cost will be approximately $2.4 billion, assuming ESA selects the mission in an ongoing competition for a single flight opportunity. LISA would consist of three spacecraft in an Earth-trailing solar orbit with telescopes and lasers to observe gravitational waves from sources ranging from nearby stars to distant black holes that formed just after the birth of the universe. Blandford said NASA may only be able to afford technology development work this decade on the $5 billion IXO telescope, a cooperative project between the United States, ESA and Japan. "If it turns out that our first three recommendations...are adopted, there will only be funds for technology development this decade of IXO," Blandford said. "But the funds should be sufficient to prepare a strong proposal well in time for the next decadal survey." IXO would follow up on discoveries by the Chandra X-ray Observatory, focusing in on super-hot interstellar gas, black hole accretion disks and neutron stars, the ultra-dense carcass of a large exploded star. NASA should spend up to $400 million this decade on two technical programs to develop methods for detecting habitable extrasolar planets and studying the period of inflation, when the universe rapidly expanded a fraction of a second after the Big Bang. "We recognized several activities that needed technology development this decade, and our strong recommendation is support that technology development level where it can do the job to provide a very strong proposal for the next decadal survey," Blandford said. The decadal survey also concluded NASA should participate as a minor partner in the Japanese-led SPICA infrared space telescope. Turner said the panel considered multiple budget scenarios and offered alternative implementation strategies for optimistic and realistic funding levels. Under the survey's expected scenario, which would grow NASA's budget at the same rate as inflation, the agency should afford building and launching WFIRST, augmenting the Explorer program, starting the LISA project, and advancing technologies for IXO, extrasolar planet and inflation programs. If NASA's budget stays constant in real-year dollars, an effective decline in funding, the nation's top overall priority should be launching WFIRST, bolstering the Explorer missions and partnering on the SPICA telescope, according to Blandford.
The next decadal survey for planetary probes is due out next spring. It will rank the scientific merit of a proposed Mars sample return mission and a flagship orbiter to study Jupiter's icy moon Europa.
 楼主| hkhtg090201 发表于 2010-8-16 21:04 | 显示全部楼层
背景:
  "十年调研"(Decadal Survey)项目:美国天文学家和物理学家每10年都会开展这项工作,以帮助确立未来天文学和天体物理学的重点研究方向。
    美国已经进行五次的"十年调研"(Decadal Survey)。
 楼主| hkhtg090201 发表于 2010-8-18 12:44 | 显示全部楼层
美太空探索新十年 寻找第二个地球探查银河起源
2010年08月18日 11:20   来源:环球时报



    美提十年太空探索目标寻找第二个地球探查银河起源

    据美国广播公司8月16日报道,每隔十年,美国天文学家会重新设定太空目标,包括实现这些目标所需的太空船、望远镜以及其他配件。美国国家研究委员会日前公布的最新报告《天文学和天体物理学中的新大陆和新视野》中,加州天体物理和宇宙学研究所所长荣格?巴拉德福特提出了2012年到2022年的十年太空目标:找到地球的兄弟,探明恒星、银河以及黑洞的起源。

    未来十年面临两大任务

    在过去十年中,天文学家已经发现了400多颗靠近恒星轨道的行星,并且知道银河系的中心隐藏有质量巨大的黑洞,他们还探出了宇宙的年龄大约为137亿岁。新报告设定今后十年的初步目标是了解第一批恒星是如何形成的,在太阳系外找到距离我们最近、与地球最像的可居住行星,以及探索暗能量的奥秘,这种神秘力量能够加速银行系膨胀。

    与之配套的设备包括:耗资16亿美元的广域红外线巡天探测望远镜,将于2020年发射,它将搜索超新星和暗能量的线索,同时探测银河系中心恒星附近轨道上适合人类居住的行星世界。太空船会将直径三米多的太空望远镜送上太阳和地球重力平衡的轨道上。

    价值4.65亿美元的大口径全天巡视望远镜将于2018年被送往太空,负责搜索近地小行星和比海王星更远的白矮星。这架望远镜每三天就能将整个夜空扫描一遍。此外,每年斥资400万美元的“新大陆”望远镜,能够在广域红外线巡天探测望远镜和开普勒太空望远镜任务范围内,直接看到可居住行星。

    美国科学院院长拉尔夫?赛瑟罗恩说,数百位天文学家一致认为,这些“十年计划”的目标可以实现。超新星和地外行星的研究课题已经显现出成绩,有望在下一个十年取得更大突破。

    预算成计划最大掣肘

    这份报告是美国天文学家第六份“十年计划”,以往的计划要依赖于美国宇航局的指导和科学基金会设定的预算开支。巴拉德福特在一份简报中称,受制于保守的预算,“十年计划”被迫精挑细选一些优先项目。

    印第安纳大学天文学家凯瑟琳?派拉奇沃斯基说:“天文学上有太多重要的事情要做,堪称黄金时代。但我想这些工作可能令人感到恐怖,因为在过去的报告中,他们不得不考虑预算情况,以及我们如何能够完成这些计划”。但令人欣慰地是,奥巴马政府计划将国家科学基金会的预算增加一倍,因此科学家们对新计划预算感到乐观。

    弗吉尼亚州乔治?梅森大学天文学家基尔克?伯恩说:“我们总是在庆祝好消息,我们正将宇宙推向你的指尖。望远镜观测所得数据已经占满100万张DVD,这些数据将向使用谷歌和微软夜空观测软件的公众开放”。

(责任编辑:徐晶慧)
 楼主| hkhtg090201 发表于 2010-8-20 15:33 | 显示全部楼层
美宇航局确认暗能量存在 宣布宇宙将会无限膨胀
2010年08月20日 11:08   来源:科学网-kexue.com


    美国宇航局的科学家宣布,在暗能量的作用下,宇宙的确是无限膨胀的,同时宇航局也对外表示,此后将不在宇宙是否存在暗能量这一问题上进行研究。

    在1998年,哈佛大学的天文学家罗伯特-基尔希纳提出了宇宙在一种看不见、无人能解释的神秘力量作用下在不断的膨胀,而这种物质被称为暗物质,其具有的能量则被称为暗能量。科学网(kexue.com)查阅资料发现,科学家们认为人类认知的宇宙仅有全部的百分之三,而暗物质在全宇宙中占到了24%,不过这种物质是宇宙膨胀的幕后推手,其具有的能力占到了宇宙的70%左右。一直以来,科学家们为寻找暗物质进行着不懈的努力。欧洲的大型对撞机也是为寻找暗物质所建立的。

    根据英国《每日电讯报》的报道,美国宇航局的科学家通过哈勃望远镜,观察了在130亿光年外的Abell 1689星系团。这个星系团被认为是人类观测宇宙的“放大镜”,Abell 1689其重力非常强大,像一个巨型变焦透镜一样可以使通过其附近的光弯曲,放大我们的观测物体。

    通过Abell 1689星系团,科学家们发现在暗能量的作用下,那些遥远的星系不断的发生弯曲,或者呈现弧形的图像,这意味着在暗能量的作用下,宇宙是处于一种不断膨胀的状态。而这也佐证了宇宙的确存在暗能量。

    对于这一点,美国宇航局的专家们表示,事实摆在我们的眼前,不需要再进行不必要的研究。而一位专家则补充说道:“暗能量将是科学界攻克的难点,我们希望利用引力实验来寻觅到暗能量的蛛丝马迹。”
kktt 发表于 2010-8-20 20:24 | 显示全部楼层
标题不妥。

decadal survey是例行的规划,并不只是为dark matter, dark energy服务的。话说10多年前还没发现dark energy呢。

新版本报告:
New Worlds, New Horizons in Astronomy and Astrophysics
下载:http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=12951
 楼主| hkhtg090201 发表于 2010-10-28 11:55 | 显示全部楼层
科学家在银河深处发现暗物质粒子证据
2010年10月28日 07:58  新浪科技

银河核心深处神秘物质相撞在一起产生的伽马射线
  新浪科技讯 北京时间10月28日消息,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arXiv.org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。”(孝文)
 楼主| hkhtg090201 发表于 2010-12-12 20:46 | 显示全部楼层
中國最深地下實驗室在四川投入使用 將研究暗物質
2010年12月12日 14:54:12  來源: CCTV  


  中國首個極深地下實驗室——“中國錦屏地下實驗室”今天在四川雅礱江錦屏水電站揭牌並投入使用,錦屏地下實驗室垂直岩石覆蓋達2400米,是目前世界岩石覆蓋最深的實驗室。它的建成標志著中國已經擁有了世界一流的潔凈的低輻射研究平臺,能夠自主開展像暗物質探測這樣的國際最前沿的基礎研究課題。目前,清華大學實驗組的暗物質探測器已經率先進入實驗室,並啟動探測工作,而明年上海交通大學等研究團隊也將進入這裏開展暗物質的探測研究。

  【名詞解釋:暗物質】

  在宇宙學中,暗物質是指那些不發射任何光及電磁輻射的物質。人們目前只能通過引力產生的效應得知宇宙中有大量暗物質的存在。暗物質存在的最早證據來源于對球狀星係旋轉速度的觀測。現代天文學通過引力透鏡、宇宙中大尺度結構形成、微波背景輻射等研究表明:我們目前所認知的部分大概只佔宇宙的4%,暗物質佔了宇宙的23%,還有73%是一種導致宇宙加速膨脹的暗能量。

  地下實驗室在隧道裏

  在建設二灘水電站過程中,四川錦屏山底曾修建了18公裏可以通行汽車的隧道,上面是2500多米厚的山體岩石。這裏將成為研究所成立後首個實驗的開展地,專門“搜捕”暗物質。目前這裏是世界上最優越的探測暗物質的環境。

  之所以稱之為最優,據交大物理係主任、粒子物理宇宙學研究所所長季向東介紹,該實驗室利用的是當地建水電站時修的地下隧道,在其側面開挖長40米,寬、高各為6米的空間。因而與國外一些“脫胎”于礦井的地下實驗室相比,使用更為便利,不必坐著電梯上上下下,乘坐汽車就能“入地”。而埋深2500米的隧道,更是難得,因為埋得越深,宇宙射線的幹擾就越少。

  “地下工作”並無不適

  “從地面上開車大概20分鐘,就能到達地下實驗室。”交大粒子物理宇宙學研究所特別研究員倪凱旋還記得第一次“入地”的感覺。戴上安全帽、穿著硬底鞋,進入實驗室,入眼是各種儀器設備。“那裏四季恒溫,冬暖夏涼,不需要用空調。唯一與地面實驗室不同的是,那裏沒有窗戶,刮風下雨絲毫感覺不到,進去久了也容易讓人搞不清外界是白天還是黑夜。”

  “地下工作”時間久了,人是否會有不適?“地下實驗室的通風設備很好,絲毫不會感到氣悶,人在下面呆個半天,不會有任何異樣的感覺。”倪凱旋說,一旦儀器運行穩定後,他只需在地面上的辦公室監控探測器運行即可,而地下實驗室的所有數據也會傳送至地面,因而,科研人員無需24小時“守”著探測器。

  “捉拿”暗物質很不易

  讓不少人難以理解的是,暗物質在宇宙中,科學家為啥要“鑽”到地下去探測呢?這是因為暗物質是種頗有“個性”的粒子,它質量很大,但作用力卻微乎其微。

  “每天可能有幾萬億個暗物質穿過你的身體,但你卻感受不到,這是因為暗物質的散射截面很小。”倪凱旋打了一個比方,就像一只足球能被球網擋住,但是一個小鐵球就能穿網而過,就是因為它的截面比球網的網格小。

  如何“網”住暗物質?科學家們也想了很多辦法。

  最初的辦法是天文觀測法,但是,卻無法解答“暗物質是什麼”。後來,人們又採取間接探測和直接探測的辦法。前者,是探測暗物質相互碰撞產生的普通物質粒子信號,一般通過地面或太空望遠鏡探測;後者,則是用原子核與暗物質碰撞,探測碰撞產生的信號。而在地面上,因為宇宙射線眾多,這些信號會對直接探測產生幹擾,影響其鑒別能力。因此,地下實驗室可以幫助探測器“擋”去幹擾,讓其“靜心”工作。
kktt 发表于 2010-12-12 21:05 | 显示全部楼层
暗物质和反物质基本没关系。而且所谓反物质本身就是一种不科学的说法。

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奥卡 发表于 2010-12-15 12:06 | 显示全部楼层
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 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-7-30 17:04 | 显示全部楼层
费米实验室发现暗物质神秘效应 创造生命起源

2011年07月30日07:03  腾讯科技  Everett/编译

         费米实验室科学家发现暗物质粒子能湮灭释放能量,足以使一颗行星的水保持液态,并支持生命。
腾讯科技讯(Everett/编译)

   据国外媒体报道,近日,费米实验室粒子天体物理中心科学家丹胡珀(Dan Hooper)和贾森斯特芬(Jason Steffen)发现,暗物质存在另一种神秘效应,这种效应可能支持宇宙中生命的诞生,或者说是生命进化的一个重要因素,如果这一理论得到进一步证实,那遍布宇宙中的暗物质能否在一定程度上说明宇宙中的生命并不是只有人类呢,或许在距离地球遥远的一颗行星上,暗物质正在“创造”生命。


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天文学家构想下的一颗系外行星由暗物质提供能量

费米实验室的科学家提出新的暗物质效应:遍布宇宙空间中的暗物质粒子可能在一种机制的作用下,进入一个行星的核中,并通过与物质的湮灭释放出足够的能量,这些能量能保证这颗行星上出现液态水,从而支持生命的诞生。这个观点超越了传统的系外生命理论所认为的:生命应该诞生与恒星的可居住带上。

暗物质的概念首先由天文学家弗里茨兹维基于1933年假设出,在20世纪70年代,维拉鲁宾认为在星系团旋转和星系边缘的恒星的轨道速度问题上,存在一种“缺失的质量”,进而,科学家通过观测宇宙中可见的物质和宇宙微波背景辐射推断出暗物质的存在,暗物质既不能看见,也不会与其他物质发生反应,只会通过引力的形式表现出它的存在。

尽管目前科学界对暗物质还处于“难以捉摸”的认识程度,以及缺乏足够的证据,但是根据推测:我们宇宙中暗物质占到了23%,而我们能看到的所有星系等物质只占宇宙的4%,剩下的73%则就是暗能量了,暗能量与暗物质总共占到宇宙的96%,前者以一种未知的动力在加速宇宙的膨胀,后者则能影响宇宙中引力的关系,尽管科学家知道暗物质存在,但是它到底是什么,还是个迷。


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星系中基数庞大的恒星中存在以暗能量支持生命的行星可能性还是存在的

而我们之所以不能直接观测到暗物质的原因是因为暗物质不与电磁力产生相互作用,而且在推测的暗物质成分中,其是由一种“大质量弱相互作用粒子构成,这种粒子与普通物质的相互作用非常的弱,这个观点在最近丹胡珀提交给天体物理学的论文《暗物质与行星的可居住性分析》中提到。由于组成暗物质的弱相互作用粒子的相互作用相当的弱,而且基于这个理论,只能产生较少的能量,很难被现有科技水平的观测工具探测到。

然而,胡珀和贾森斯特芬认为,即使构成暗物质的粒子比较“懒惰”,相互作用能力弱,但是暗物质通过粒子湮灭所释放的能量可以在一定程度上增加行星的内核温度,以及为行星提供必要的温度,保持温暖。在一些星系中,特别是我们银河系周边的矮星系的中央,包含着相当密集的暗物质,这些暗物质的密度远远超过我们太阳周围的暗物质密度,可以达到100至1000倍的水平。

根据胡珀和斯特芬计算结果,当暗物质粒子出现扩散并进入岩质行星的核心区域附近时,它们会失去动量,并最终被引力所约束,而拉入到行星的内核中,暗物质粒子在那儿湮灭释放出能量。据费米实验室天文学家胡珀介绍:当一个暗物质粒子通过一个行星时,就存在与宇宙空间中的原子相互碰撞的可能性,发生碰撞后,暗物质粒子就失去速度。一旦这种情况发生,暗物质粒子并不是按动量守恒所认为的那样被弹回宇宙空间,而是被行星的引力所控制,用不了多久就会被引力拖拽进入行星核中,并保留下来。

从这个暗物质粒子碰撞理论出发,在暗物质极为丰富的宇宙空间,足够的暗物质聚集在类似“超级地球”的行星上(这种行星之所以成为超级地球,是因为其具备若干倍的地球质量,而且也是岩质行星),就能为这颗行星提供相当可观的能量供给,并能使行星的表面的水呈现液态。

这个观点在相当程度上拓展了天体生物学家对系外生命的定义范围,原先天文学家都是寻找遥远恒星周围的可居住带,认为在那儿具有适当的光照,适宜的温度,可以让水保持液态,从而支持生命。但是,暗物质粒子碰撞理论打破的这种思维常规,只要在暗物质聚集丰富的行星周围就具备了液态水所需要的环境条件,高密度暗物质覆盖的行星将是今后天文学家观测的重点。

然而,对暗物质粒子碰撞加热理论,一些天文学家表示了质疑。英国伦敦大学学院天体生物学家刘易斯特尼尔认为:这个理论的确很耐人寻味,看上去好像也挺真实,我对暗物质能加热行星并提供生命环境的观点半信半疑,虽然在他们的模型中,暗物质的分布与一些理论的性质是符合的,但是这需要在一定的假设前提下,这些前提条件应该说是比较特殊的,可以说,如果这颗行星是由暗物质加热所提供足够的能量并保持水呈现液态,那这颗行星也将是非常罕见的。

不过,在银河系中,存在着数十亿颗恒星,即使这颗行星出现的概率非常非常的低,但在这么大的基数下,还是应该存在的。只能说,一些行星极有可能通过这种方式从暗物质那儿得到足够的能量,如果这颗行星上演化出生命,那个世界将是非常有趣的。为什么说是非常有趣呢?比如,我们的地球是处于恒星的可居住带上,所以地球上演化处出的生命是以太阳光为主要能源,而在暗物质供能的行星上,他们的生命形式就会与地球上的生命形式迥然不同,由于那颗行星上主要能量来自行星核中的暗物质释放,所以他们的生命将会演化出收集这种能量的有机体。

值得一提的是,如果一颗以暗能量提供主要能源的行星上出现生命,那他们根本不用担心他们的太阳何时寿命将至,因为暗物质湮灭提供能量的方式足以供这颗行星使用数兆年,可以超越恒星的一生。虽然这个观点被质疑,但是费米实验室的丹胡珀认为,天体生物学需要这种创新的想法,宇宙中的生物会以完全超出人类思维的方式出现。
 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-12-24 10:47 | 显示全部楼层
低质量暗淡恒星“现身”或证暗物质不存在
2011年12月24日  科技日报  刘霞

    [导读]瑞士一名科学家首次在一个球状星团中观察到了一颗质量超低、光线暗淡的恒星。科学家们认为,此新星的“现身”或许有可能证明暗物质只是传说。


    以前,科学家们一直通过测量球状星团对周围星系的引力效应来测量其总质量。他们认为,只有暗物质才能解释球状星球的质量。暗物质是一种理论上存在且极富争议的物质,迄今还没有被地球上的任何探测器所“捕获”,但科学家认为,“暗物质”占据了整个宇宙四分之三的质量。

瑞士苏黎世大学的天体物理学家菲利普·叶策与由波兰和智利的科学家组成的科研小组携手,使用欧洲南方天文台(ESO)的甚大望远镜(VLT)的8米等级的望远镜和位于智利帕拉纳天文台的适应性光学仪器,利用微引力透镜效应,首次在球状星团M22中探测到了这颗质量超低的恒星,其质量仅为太阳质量的五分之一。迄今为止,科学家们只是假设这类恒星一定存在。但即使功能最强的现代望远镜也没有发现它们的踪迹。

其实,两名波兰天文学家早在2000年就首次探测到了这颗恒星的“蛛丝马迹”,他们发现,其附近一颗恒星在20天内不断变亮。他们认为,原因可能在于,位于其附近的一颗未被探测到的恒星用其重力场使光线发生了弯曲,这就是所谓的微引力透镜效应。

微引力透镜效应是发生在恒星级天体中的引力透镜现象。根据广义相对论,引力透镜效应就是当光在星系、星系团及黑洞等具有巨大引力的天体附近经过时,会像通过凸透镜一样发生弯曲,根据变化了的光线在光谱外波段呈现的不规则程度,可以推算发光星系的年龄和距离。

叶策的最新观测结果证实,确实有一颗质量超低的暗淡恒星通过上述不断变亮的恒星的前方。科学家们认为,这颗新星的“现身”意味着这些星团或许只是由这些还未被我们探测到的暗淡恒星组成。因此,不需要用暗物质来解释其质量,这或许能间接证明暗物质可能并不存在。

转弯遇到风 发表于 2012-2-21 02:10 | 显示全部楼层
本帖最后由 转弯遇到风 于 2012-2-21 02:13 编辑

中科院国家天文台提出了暗能量射电探测计划,即利用射电天文学方法,通过观测宇宙中中性氢原子21 cm 波长辐射来探测暗能量,计划名为“天籁计划”,现在正在预研。不知以后会怎样。
 楼主| hkhtg090201 发表于 2012-5-15 15:21 | 显示全部楼层
  德国科学家或发现暗物质存在确凿证据
   http://www.sina.com.cn  2012年05月15日 07:56  新浪科技微博
                          
   科学家指出从银河系平面向外延伸并放射伽玛射线的两个巨型泡泡可能是发现暗物质的关键  
   
    德国科学家克里斯托弗-维尼格表示,通过对来自美国宇航局费米太空望远镜获取的观测数据进行长达3年半的统计分析,他可能发现了银河系内存在暗物质的确凿证据  新浪科技讯 北京时间5月15日消息,神秘莫测的暗物质在银河系中的比重高达三分之二,科学家几十年来一直在寻找暗物质,但始终没有发现证明这种物质存在的决定性证据。最近,德国慕尼黑马克斯-普朗克研究所的科学家克里斯托弗-维尼格表示,他可能发现了第一个确凿证据,能够证明暗物质存在。

  维尼格表示,通过对来自美国宇航局费米太空望远镜获取的观测数据进行长达3年半的统计分析,他可能发现了银河系内存在暗物质的证据。分析中,他发现伽玛射线的能量处于峰值,在光谱中表现为一条线。如果他的研究发现得到证实,这条线就是暗物质存在的确凿证据。

  专家们认为超大质量黑洞——例如银河系中央的黑洞——释放的喷流与周围的暗物质发生相互作用。这种相互作用据信就是费米等望远镜观测到的高能伽玛射线的来源。当喷流与暗物质发生相互作用时,望远镜能够观测到相互作用产生的光子。

  在对数据进行3年半的分析后,维尼格发现伽玛射线的能量处于峰值,在伽玛射线的光谱中表现为一条线。这能够证明暗物质与喷流发生相互作用。其他科学家表示仍需进行更多研究,证实维尼格的理论。美国斯坦福大学的埃利奥特-布鲁姆和瑞典斯德哥尔摩大学的加恩-康拉德指出,仍需进行大量研究,证实这一发现。维尼格承认他只是得出一个初步结果,他的数据只涉及到50个光子,因此存在其他现象导致这条线出现的可能性。

  2010年12月,参与费米望远镜项目的科学家发现两个巨型泡泡,从银河系中央的黑洞向外伸展。巨泡距地球2.5万光年,跨度超过可视天空的一半,从室女座进入天鹤座。它们可能较为年轻,只拥有大约100万年历史。两个泡泡通常被伽玛射线浓雾遮挡。伽玛射线遍布太空,由以接近光速的粒子与银河系内的光线和星际气体发生相互性用形成。

  科学家指出这两个从银河系平面向外延伸并放射伽玛射线的巨型泡泡可能是发现暗物质的关键。在对费米望远镜的观测数据进行分析后,科学家才发现这两个泡泡的存在,经过分析,他们发现这两个泡泡拥有令人吃惊的特征。他们认为这个泡泡可能与维尼格的理论存在联系,因为二者拥有一些类似特征。(秋凌)


 楼主| hkhtg090201 发表于 2012-9-14 08:33 | 显示全部楼层
英德科学家信心爆棚 99.996%确定暗能量存在  
  
   2012年09月14日  腾讯科学
  
   [导读]英国与德国科学家或探测到暗能量直接存在的证据,其概率达到了99.996%,研究小组认为暗能量被认为是几乎可以肯定其存在。
   
     腾讯科学讯(Everett/编译)据国外媒体报道,来自英国朴茨茅斯大学和德国慕尼黑大学的科学家小组在经过两年多的研究后发现导致宇宙加速膨胀的暗能量很可能真实存在,模型预测暗能量存在的概率达到了99.996%,但目前还没有探测到暗能量的组成等性质。从暗能量存在概率上看,与欧洲核子研究中心前不久发现的与希格斯玻色子性质极为相似的亚原子粒子概率十分相似。
  

    在起于2009年的暗能量研究中科学家几乎可以肯定认为宇宙中存在暗能量

   

    在过去数十年之后,科学家一直不懈地探索暗能量信息,只不过没有找到直接证据证明暗能量存在。
   
     在2009年对宇宙中暗物质的模拟研究中,科学家们称“几乎”可以肯定暗物质的存在,宇宙中除了4%的普通物质外,其余的都是暗物质和暗能量,虽然目前暗能量作为宇宙加速膨胀的解释理论被科学家普遍接受,但该理论还是存在值得怀疑的地方。2011年的诺贝尔奖物理奖授予了研究了十余年的关于宇宙遥远超新星亮度的发现,科学家通过研究超新星亮度得出宇宙加速膨胀的结论。但有些科学家认为宇宙加速膨胀是一种错觉,是地球与宇宙其余部分相对运动所导致的,另一些研究人员则认为比起宇宙暗能量的未知性,我们对引力之谜的认识缺陷更可能是宇宙加速膨胀之谜未被揭开的主要因素。
   
    根据朴茨茅斯大学科学家团队的研究人员鲍勃·尼科尔(Bob Nichol)介绍:“在我们这个时代,暗能量是一个科学界上的大谜团,所以并不需要太惊讶,因为许多科学家质疑暗能量的存在。但依据最新的研究发现,我们比以往任何时候都相信宇宙中真实存在暗能量,即使我们仍然不知道它是由什么组成的。”本项研究的论文已经发表的英国皇家天文学会的月刊上。

     现代宇宙学的一个基本前提是宇宙中的恒星、行星以及气体等物质在宇宙中大约占据了4%,剩余的是大量不可见的组份,暗能量则在宇宙中占据了73%,剩下的23%为暗物质。其中一个被称为完全萨克斯-瓦福效应(ISW)的理论是最能证明暗能量存在的证据之一在早1967年,雷纳·库尔特·萨克斯(Rainer Sachs)和亚瑟·迈克尔·瓦福(Arthur Wolfe)的研究发现来自宇宙大爆炸遗留的辐射在通过空间中大型引力场时会发生光谱变化,该效应被称为引力红移现。

    由于暗能量的存在会导致光在穿过大质量天体时会从这些残余的辐射中获得能量。在1996年,天文学家罗伯特·克里滕登(Robert Crittenden)和尼尔·图罗克(Neil Turok)提出可以通过绘制本地宇宙的辐射残留分布图来寻找有关暗能量影响的线索,这项研究持续到了2003年,科学家发现了暗能量的相关线索,尽管非常微弱。科学家花了数十年的时间来调查宇宙残留辐射与暗能量之间的关系,但都没有证据表明暗能量是存在的。

    有些科学家认为暗能量可能由宇宙尘埃诱导,而天文学家罗伯特·克里滕登与托马索·詹南托尼奥(Tommaso Giannantonio)率领的英德科学家小组重新对相关观测数据进行分析,最后得出的结论是暗能量几乎可以肯定由宇宙微波背景辐射更热的部分有关。朴茨茅斯大学研究小组的的成员鲍勃·尼科尔认为我们有条不紊地解决了所有的关于暗能量探测的问题,并得出他们无法解释的现象。最后,唯一能解释的就是暗能量。诸如坐落在南非和澳大利亚偏远地球的巨型平方千米阵列射电望远镜可提高宇宙天体测量距离上的棘手问题,并提供更加明确的数据。从理论上讲,暗能量可能是什么物质,这又是另一个问题。

 楼主| hkhtg090201 发表于 2013-2-21 20:07 | 显示全部楼层
本帖最后由 hkhtg090201 于 2013-2-21 20:14 编辑

专家:暗物质的发现比上帝粒子更重要
  
2013年02月21日 09:44   东方早报    我有话说

   



 加拿大SNO地下实验室 (地下2000米,2008年建成)

  意大利GRAN SASSO 地下实验室  (地下1700米,1987年建)

中国锦屏极深地下暗物质实验室实验厅(地下2400米,2010年投入使用)






                  

                         全球主要地下实验室分布图。 制图 郁斐

                              
  早报记者 石剑峰
  什么是暗物质?它的发现将有什么重要意义?与“上帝粒子”的发现相比,暗物质发现更重要吗?带着这些问题,早报记者采访了中科院理论物理研究所研究员李淼。
  东方早报:暗物质与暗能量是一回事情吗?
  李淼:暗物质有点像物质粒子,只是不发光而已;暗能量根本就不是粒子。暗能量这个概念相对年轻些,形成只有10年。暗物质这个概念就很老了,可以追溯到1933年,那一年天文学家Zwicky发现一个星系团中的星系速度比预期的要大,根据牛顿万有引力定律,意味着星系之间还有很多我们没有看到的物质,当时叫丢失了的物质。
  东方早报:黑洞是暗物质吗?
  李淼:黑洞与死掉的恒星都是存在的,但是天文学家通过观测,通过微引力透镜的手段观测到,所有死掉的恒星和黑洞,它们的质量加起来,不足以解释暗物质。因为暗物质占宇宙质量的25%(外电报道称是23%),恒星和黑洞质量加起来远远不到这个量。
  东方早报:人会被一堵墙挡住,太空飞船在太空飞行时会被暗物质挡住吗?
  李淼:不会。暗物质为什么会有那么大的质量呢?暗物质跟普通物质的相互作用很弱,但这并不代表没有质量。暗物质与其他物质伴生,有物质的地方就有暗物质,但分布得更广。比如说,在有恒星、星系的地方一定有暗物质,但暗物质要比这些星系占的空间大许多,所以暗物质的质量比星系质量大。
  东方早报:报道中称,WIMP只是暗物质的一个候选体,什么叫候选体?
  李淼:暗物质有很多种可能性,只要有质量不发光就行,最早的可能性是死掉的恒星或黑洞,但这种可能性被天文学研究所排除,粒子的可能性更大,如果是粒子的话,就有几种可能性,一种极弱相互作用,也可能是一种特别的中微子。如果极弱相互作用,正负电子对会反常,其他中微子不会有这样的效果。

   
  东方早报:如果暗物质真的被发现,有应用价值吗?
  李淼:应用价值暂时谈不上,但起码解决了一个多年的谜题。通过万有引力很难解释一些物理现象,太阳系或者银河系为何能维持现在的状态,光靠可见物质的引力是无法解释的,但在暗物质的假设模型里就可以解释。
  东方早报:暗物质如果被发现,会动摇量子理论和相对论吗?
  李淼:它不会动摇20世纪的量子理论和相对论,还是在这个框架内解释。
  东方早报:去年科学家发现了“上帝粒子”,如果这次的发现最后被证实是暗物质,两个发现哪个更重要?
  李淼:这个发现要比“上帝粒子”发现更重要。如果没有上帝粒子,我们的粒子标准模型就是不完备的。但是如果没有暗物质,粒子标准模型也是完备的,只是天文学家和宇宙学家会困惑。如果丁肇中团队的发现被确认,这肯定是这几十年来的重要科学发现。
  延伸阅读
  中国暗物质实验室全球最深,条件最好
  地下实验室是暗物质实验一个必不可少的条件。目前,全球的地下实验室有十几个,为了避免专门挖掘地下实验室的高成本,它们都是利用已有的土建设施,基本分为两类,一类是利用废弃的矿井,比如美国700米深的SOUDAN地下实验室,在建的DUSEL地下实验室有几百米到2400米深的多个实验厅。另一种是利用隧道,在隧道里横向挖出实验大厅。最著名的有意大利的GRAN SASSO 地下实验室,入口建在一条10公里长高速路隧道的中部,上方有1700米岩石覆盖,实验室内有3个各100米长、20米宽、20米高的实验大厅和众多较小的实验厅和通道,内容积目前世界第一。
  2010年12月,中国锦屏极深地下暗物质实验室正式挂牌。该地下实验室有一个40米长、6.5米宽、8.5米高的实验大厅,尽管目前大厅总容积不是很大,但它是目前世界上条件最好的地下实验室:首先,它是当前世界上最深的地下实验室,上方有2.5公里岩层覆盖,宇宙射线通量最少,每平方米每周只有一个μ子通过,比意大利GRAN SASSO实验室小300倍。其次,地下实验室所在处不是花岗岩,而是大理岩,其自然放射性相当低,实验检测发现其天然放射性比洞外的岩石都低,和意大利GRAN SASSO的岩石相比,放射性元素铀的含量低了3倍。这些都为暗物质直接探测实验提供了非常好的条件。目前地下实验室的各个物理参数,包括宇宙射线通量、光子和中子的通量,都在测量之中。
  DAMA实验
  DAMA实验位于意大利的GRAN SASSO地下实验室,选取碘化钠晶体做探测器,使用了非常灵敏的光电管来探测碰撞后产生的光信号,光电管可以探测到一个光子(肉眼在白天每秒会看到1016个光子)。中科院高能所有几位科学家是该实验组成员。DAMA经过了十几年的观测,宣布发现了WIMP的年调制信号,所谓年调制, 是指WIMP相对于太阳的速度是一定的,而地球在围绕太阳公转,因此,WIMP相对于地球的速度在冬天和夏天稍有不同,WIMP信号的事例率也会有周期一年的起伏。不过这一结果没有得到其他实验组的证实。
  CRESST实验
  CRESST实验同样位于GRAN SASSO,该实验使用钨酸钙(CaWO4)晶体作为探测器。它们将晶体冷却到零下273摄氏度,只比绝对零度高0.05摄氏度。WIMP碰撞的热信号会造成晶体温度升高0.01摄氏度,再通过高灵敏度的“温度计”来测量温度变化。CRESST一期结果已经发表,没有找到暗物质,二期结果正在分析之中。
  XENON100实验
  位于GRAN SASSO地下实验室的XENON100实验是目前灵敏度最高的实验之一,上海交通大学是参加实验单位之一。XENON100使用了165公斤的液氙作为探测器,能够探测光信号和电信号,通过两者之间的比例关系,可以更有效地区分WIMP信号和外界普通粒子引起的信号,从而大大提高了实验灵敏度。在2010年初发表了一个月的观测结果,并没有看到暗物质粒子。目前该实验已经采集了一年的数据,正在紧张地进行数据分析。是否会发现暗物质粒子,大家都拭目以待。
  CDMS实验
  CDMS实验位于美国SOUDAN地下实验室,它使用硅晶体和锗晶体作为探测器。CDMS经过一年多的观测,在2009年底发表了测量结果,宣布找到了两例疑似WIMP信号事例。尽管有一定的可能性是噪声事例,还是引起了科学界的极大关注。
  CoGeNT实验
  CoGeNT实验使用高纯锗探测器来观测WIMP碰撞产生的电信号,也发现了疑似信号事例,还有待于进一步证实。
  (该内容引自上海交通大学粒子物理宇宙学研究所研究员刘湘《寻找暗物质,锦屏来了》一文)





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bxdfhbh 发表于 2013-2-27 10:03 | 显示全部楼层
http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2013/2/275046.shtm


丁肇中团队宣布发现暗物质候选体存在证据

                                            
制图:张芳曼
核心阅读

□ 暗物质是一种特殊物质,很可能是一种不参与电磁相互作用、我们已知粒子之外的全新粒子

□ 据估算,我们所知的常规物质只占宇宙构成的4%,暗物质和暗能量分别占23%和73%

□ 揭开暗物质之谜将是继日心说、万有引力定律、相对论以及量子力学之后,人们认识自然规律的又一次重大飞跃

在2月18日举行的美国科学促进会年会上,美国麻省理工学院物理学家丁肇中领导的研究团队对外宣布,阿尔法磁谱仪发现了弱作用重粒子(WIMP)存在的证据,而WIMP就是一种暗物质的候选体。丁肇中称,将于未来两到三周发表涉及暗物质的研究论文,对这项研究的进展作详细阐述。据报道,这次研究成果在丁肇中看来是朝着人类认识暗物质方向前进的重要一步,但不是最终答案。

不管此次阿尔法磁谱仪是否发现了暗物质,各国科学家们都希望有关暗物质起源的问题能够变得更加明朗。

23%的“未知”

人类所知的常规物质只占宇宙的4%,未知领域的暗物质占据了23%

什么是暗物质?在回答这个问题以前,我们先回顾一段有趣的历史。

自从牛顿发现了万有引力定律以来,人们尝试用万有引力理论来解释太阳系的行星运动规律。尽管万有引力的解释在开始时是非常成功的,但在解释天王星运动时却无法得到令人满意的结果,天王星的运动规律和万有引力的预言有明显的差异。法国天文学家U.Le Verrier和英国天文学家J.C.Adams猜测天王星的异常也许不是万有引力规律出了问题,而是在太阳系中还存在一颗当时还没有发现的行星,这颗行星的引力使得天王星的运动偏离了原来预期的轨道。根据他们的预言,于1846年由J.G.Galle发现了这颗行星,即海王星。

“由行星运动异常从而猜测到另外一颗未发现的行星的存在,非常类似今天我们关于暗物质的认识。”中科院高能物理所研究员毕效军说。

大约80年前,天文学家意外发现,一些星系团中的星系运动速度比预想中更快,光靠所看到的这些发光物质(当时人们还没发现星系团中大量存在X射线气体,它们才是星系团中普通物质的主体)所产生的引力场根本无法束缚住它们。因此,大家便猜测这些星系团中应该有种看不见的神秘物质,也一起贡献着引力,拉住了星系。

“虽然我们从来没有直接‘看到’宇宙中存在这种物质,但我们却发现了由于这种物质的引力作用对于其他可见的物质运动的影响,这就是我们断定宇宙中存在这种物质的理由。”毕效军说。

这种物质的存在,在随后几十年中,又相继被各种天文观测间接证明。

目前被广为接受的说法认为,它们是一种特殊的物质,很可能是一种不参与电磁相互作用的、我们已知的粒子(如质子、电子、中子等)之外的全新粒子。

“这种物质不发光,也就是不发出电磁波,所以看不见。于是,我们就称它为暗物质。”中科院高能物理所研究员、博士生导师张新民说,“与通常物质一样,暗物质有引力作用。这个引力效应让天文学家在宇宙空间发现暗物质占宇宙的23%,另外73%是暗能量。而组成我们身边这个世界的‘常规物质’只占4%。”

第一难题

暗物质是现代物理学的最大乌云,研究它有助于了解星系的演化和物质构成规律

虽然,人们早已经猜测到暗物质可能存在,但一直以来从未明确探测到暗物质粒子,因此,还不能确定暗物质的性质。

目前,寻找暗物质粒子、研究暗能量的物理本质、探索宇宙起源及演化的奥秘、结合粒子物理和宇宙学的研究已成为21世纪天文学和物理学发展的一个重要趋势。世界各国都在集中人力、物力和财力组织攻关,开展这一重大交叉学科的研究。

2004年8月,美国国家科学与技术委员会公开发布的物理与天文学发展战略中,列出了新世纪要解答的11个难题,排在第一位和第二位的分别是“什么是暗物质”、“暗能量的本质是什么”。

那么,探测和研究暗物质,其意义何在?

诺贝尔物理学奖获得者李政道教授曾多次指出:“暗物质是笼罩20世纪末和21世纪初现代物理学的最大乌云,它将预示着物理学的又一次革命。”

其实,很多物理学家和天文学家都开始有这样的预感:今天物理学的情况与19世纪末20世纪初诞生相对论和量子论时非常类似。

“历史经过百年轮回,人类对物质世界的认识又一次处在了十字关口,暗物质便是一个关键突破口。因此,可以这么说,揭开暗物质之谜将是继哥白尼的日心说、牛顿的万有引力定律、爱因斯坦的相对论以及量子力学之后,人们认识自然规律的又一次重大飞跃。”国家天文台研究员秦波说。

对此,张新民又做了进一步的解释。

“对于宇宙中4%的物质,即所谓的通常物质,我们已经建立了一套非常完备的理论,即所谓标准模型,进行描述。但是标准模型并不能描述宇宙中暗物质的现象。这就表明,我们对于物质的基本组元、基本结构还有待进一步的深入研究。而暗物质是目前最明确的突破了标准模型的观测现象,了解暗物质的性质就可能带我们走进基本粒子更加深入细微的结构中,了解更加深刻、基本的物质构成的规律。在另一方面,了解暗物质的性质对于我们理解宇宙中像星系、星系团这样的大尺度的结果是如何在宇宙演化过程中形成也同样具有重要的意义。

捕捉“220千米/秒”

暗物质以220千米/秒高速运动、与普通物质相互作用弱难以探测,捕捉它需“上天入地”

暗物质之所以“暗”,不仅是指它不发光,更重要的是它太难捉摸。

“每天可能有几万亿个暗物质以高速穿过你的身体,且未留下任何痕迹,让你完全感受不到。”张新民做了个比较,56式半自动步枪子弹出膛的速度是每秒700米,而这些暗物质粒子却是以每秒220千米的高速在运动,是前者的300倍。

如何“捕捉”住暗物质?

首先,科学家们曾对这种物质可能的形态做过很多理论上的猜测,例如,惰性中微子(Sterile neutrino)温暗物质、引力微子(Gravitino)温暗物质、轴子(Axion)冷暗物质等。

张新民说:“就目前而言,被研究得最多也是最被粒子物理学家看好的暗物质模型是所谓弱作用重粒子。主要因为这种粒子与普通物质有弱相互作用,所以具有可探测性。相比之下,对于许多其他的暗物质模型,由于其与普通物质的相互作用更弱,在目前的实验水平下使得探测它们的可能性更小。”

接着,科学家们又想了很多种实际探测的实验办法。

最初的办法是天文观测法,但是却无法解答“暗物质是什么”。后来,人们又采取间接探测和直接探测的办法。前者,是探测暗物质相互碰撞产生的普通物质粒子信号,一般通过地面或太空望远镜探测;后者,则是用原子核与暗物质碰撞产生的信号。而在地面上,因为宇宙射线众多,这些信号会对直接探测产生干扰,影响其鉴别能力。因此,地下实验室可以帮助探测器“挡”去干扰,让其“静心”工作。

“丁肇中团队所使用的阿尔法磁谱仪2号(AMS—02)当然是目前灵敏度最高,也是最复杂、最昂贵的一台暗物质探测设备,代表了当今科学实验的最高技术手段。在此之前,在不同的实验上都看到了一些‘反常’迹象,人们怀疑这些就是暗物质的信号,但是,由于实验的灵敏度还不够,这些迹象都还无法确认为暗物质的信号。”毕效军说。

除了阿尔法磁谱仪,其他实验,例如位于瑞士的大型强子对撞机进行的实验,以及深埋在中国四川锦屏地下的暗物质探测器实验等也还都在进行当中,他们都可能在不远的未来有所新发现。

“世界范围内的暗物质探测实验正在蓬勃发展,未来10年、20年将是暗物质探测的黄金时代,肯定也会有所突破。”秦波说。(原标题:暗物质 我们身边的隐形“居民”)


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 楼主| hkhtg090201 发表于 2013-4-4 14:42 | 显示全部楼层

诺奖得主丁肇中教授团队或发现暗物质存在线索

安置在国际空间站的阿尔法磁谱仪(AMS)。

  本报济南4月4日零时电(记者郑燕峰)人类对暗物质的理解和检测实现新进展。日内瓦时间4月3日下午5点(北京时间4月4日零点),诺贝尔物理奖获得者丁肇中教授在日内瓦欧洲核子中心,首次公布其领导的阿尔法磁谱仪(AMS)项目18年之后的第一个实验结果——已发现的40万个正电子可能来自一个共同之源,即脉冲星或人们一直寻找的暗物质。
  按照合作协议,丁肇中教授通知负责AMS项目热系统工程的山东大学程林教授,在济南进行同一文稿的中文发布。
  目前,寻找暗物质粒子、研究暗能量的物理本质、探索宇宙起源及演化的奥秘、结合粒子物理和宇宙学的研究已成为21世纪天文学和物理学发展的一个重要趋势。诺贝尔物理学奖获得者李政道教授曾多次指出:“暗物质是笼罩20世纪末和21世纪初现代物理学的最大乌云,它将预示着物理学的又一次革命。”
  暗物质不发光,也就是不发出电磁波,所以看不见,但与通常物质一样,暗物质有引力作用。这个引力效应让天文学家在宇宙空间发现暗物质占宇宙的23%,另外73%是暗能量。而组成我们身边这个世界的常规物质只占4%。虽然人们早已经猜测到暗物质可能存在,但一直以来从未明确探测到暗物质粒子,因此,还不能确定暗物质的性质。
  丁肇中团队使用的阿尔法磁谱仪(AMS),是安置于太空中的精密粒子探测装置,是目前灵敏度最高,也是最复杂、最昂贵的一台暗物质探测设备,代表了当今科学实验的最高技术手段,由16个国家和地区的600余名科学家历时近18年完成,耗资21亿美元,实验过程可能持续15至20年。
  在此之前,在不同的实验上都看到了一些“反常”迹象,人们怀疑这些就是暗物质的信号。但是,由于实验的灵敏度还不够,这些迹象都还无法确认为暗物质的信号。
  2011年5月16日,AMS搭乘美国“奋进”号航天飞机的最后一个航班,送入太空,在未来20年内,这个实验是国际空间站上唯一的大型科学实验。丁肇中曾说:“这将使我们能够直至宇宙的边缘寻找反物质宇宙的存在。”
  在太空运行的第一年,AMS已经收集了160亿个宇宙线数据,远远超过了上个世纪收集到的宇宙射线数据的总和。
  2011年5月19日放置至今,AMS已观测311亿个宇宙射线,其能量高达数万亿电子伏特。宇宙射线信号传送到地面,由AMS实验项目组分析。
  从2011年5月19日至2012年12月10日的前18个月的太空实际探测运转中,AMS分析了250亿个初级宇宙射线。其中,科学家们确认了680万个电子及其反粒子——正电子的事例。
  由AMS探测的超过40万个正电子,是当前最多的在太空中直接观测、分析的高能量反物质粒子。
  丁肇中团队的第一个实验结果认为,高能的正电子不是来自空间某个特定的方向,这些特性表明了新物理现象的论据。这次研究成果在丁肇中看来是朝着人类认识暗物质方向前进的重要一步,但不是最终答案。“我们需要更多的统计量来研究,目前的结果是基于预期收集总数据量的约十分之一的数据。”
  由于AMS的精确度及可用之高的统计量,AMS磁谱仪被科学家认为有能力探索新物理。
  曾与丁肇中一起工作的山东大学泰山学者特聘教授、粒子物理学家王萌认为,这是粒子物理和高能物理界期待很久的实验结果。他相信,随着AMS最终发布的数据,将能最终澄清能谱是来源于暗物质粒子的碰撞还是银河系的脉冲星。
  在AMS项目中,热系统是最关键的部分,因为AMS探测器的温度波动必须保持在1摄氏度之内,然而由于地球和太阳的相对运动以及地球的自转等因素,AMS的温度环境每天都在发生改变。
  山东大学领导了AMS热系统构建的所有进程。山东大学程林教授作为AMS热系统总负责人,全面承担了设计、组装和太空验证AMS整个热系统的全部工作。
  在今天的发布会上,程林教授说,在工作18年后,这是AMS项目给大家的一个交代,是标志性的成绩,相信会有越来越多的论文发表,也许不会再等待18年,也许18个月就有新成果发布。
  他希望,合作伙伴有机会通过这个项目获得诺贝尔物理学奖。




 楼主| hkhtg090201 发表于 2013-4-5 19:49 | 显示全部楼层
肇中团队发现40万个正电子 或捉到暗物质
2013年04月05日 16:07   四川新闻网-成都日报   


  

  声音>>>
  《物理评论快报》这份著名的学术刊物刊发署名评论说,新成果具有“史无前例的灵敏度”,尽管现在还不能排除其他可能性,但它“强烈暗示”人们已捕捉到了暗物质的痕迹。
  美国航天局局长查尔斯·博尔登3日也发表声明说,阿尔法磁谱仪首批研究成果“将有助于促进对基础物理学和天体物理学领域新的理解”,“我们期盼更多来自这一项目的令人激动的成果”。
  记者3日晚从山东大学获悉,由丁肇中主持、山东大学参与的AMS(阿尔法磁谱仪)项目在历时18年之后公布第一个实验结果。山东大学受权在4日零时宣布,AMS已发现超过40万个正电子,这些正电子有可能来自于脉冲星或者人类一直寻找的暗物质。
  AMS是由丁肇中主持的国际重大科学工程,主要用于探测宇宙外层空间反物质与暗物质。山东大学于2004年参加AMS项目,山东大学热科学与工程研究中心主任程林教授全面负责AMS热系统的研究、设计、制造与实验。
  根据山东大学受权发布的数据,从2011年5月至2012年12月,AMS在太空实际运转中探测到超过40万个正电子。实验结果显示,在5亿至100亿电子伏特区间内,正电子占正电子和电子总和的比分随能量的增加而减小;在100亿到2500亿电子伏特的区间内,比分递增;到2500亿电子伏特之后,比分曲线基本变平。
  实验结果还表明,正电子比分能谱没有随时间改变,同时高能正电子不是来自空间某个特定的方向。程林说:“这些特征是新物理现象的论据。未来延伸到更高能量层面的研究之后,将确定这些正电子是来自暗物质粒子的碰撞还是银河系中的脉冲星。”
  实验还验证了此前科学界对初级宇宙射线中正电子的研究,但是收集的数据量远超过此前的实验,精确度更高。据程林介绍,目前收集到的数据仅仅为预期总数据的十分之一。他说:“随着AMS持续运行,收集到的数据会越来越多,实验结果也会更加精确,我们对暗物质的来源及其他物理现象可以有更好的了解。”
  阿尔法磁谱仪有颗“中国芯”
  丁肇中说,“如果缺少了中国科学家,如何将大型磁体放入太空这一几十年来的难题恐怕现在还无法解决。”
  3日发表的丁肇中团队报告,后附一份长长的作者名单。阿尔法磁谱仪项目荟萃了全球54个科研机构的数百名研究人员,其中名列第七的是中国的中科院电工所。阿尔法磁谱仪有颗“中国芯”,它最关键的大型磁体来自中科院电工所。
  当天晚间,丁肇中在办公室接受新华社记者采访时说,目前阿尔法磁谱仪收集到40万个正电子,远远超出人们的想象。此前包括美国费米望远镜等项目都曾观察到过量正电子现象,但数据误差很大,而阿尔法磁谱仪的误差只有1%,“相当于肉眼和精密显微镜的区别。”
  应该说,阿尔法磁谱仪在探寻暗物质的过程中立下了汗马功劳。但如何将一个桌子大小的磁体送入太空却困扰了科学家近40年。
  早在上世纪60年代,丁肇中就踏上了追寻暗物质的征程。直到一次偶然的机会,丁肇中在美国一份文献中看到中科院电工所的论文,发现中国能制造很好的磁体,与其他国家的方案相比,电工所的永磁体方案具有重量轻、无漏磁、无二极磁矩及磁场均匀等优点。丁肇中把这一方案带回美国,获得一致肯定,随后与中方签署了合作合同。
  “近40年无法解决的难题,最后还是由中科院电工所给解决了,”丁肇中说,“如果缺少了中国科学家,如何将大型磁体放入太空这一几十年来的难题恐怕现在还无法解决。”
  1998年6月,磁谱仪项目的实验机阿尔法磁谱仪1终于搭乘“发现”号航天飞机升空10天,获得了大量重要数据,其核心部分就是中国制造的永磁体系统。
  2011年5月,阿尔法磁谱仪2搭载最后一班航天飞机,在国际空间站开始长达20年的太空探索,其核心部分仍是当年的“中国制造”。
  除永磁体系统是中国制造外,磁谱仪项目的整体散热系统、轨迹探测器热控系统、地面模拟系统、电磁量能器结构和地面总装支撑设备的设计研制,也分别由山东大学、中山大学、东南大学和中科院高能物理研究所独立或参与完成;而台湾的中山科学院也为磁谱仪项目设计出了运行速度比美国航天局现行系统快10倍的电子控制系统。
  问答暗物质
  问题之一:什么是暗物质?
  答:暗物质是宇宙中看不见的物质。现在我们看到的天体,要么发光,如太阳,要么反光,如月亮,但有迹象表明,宇宙中还存在大量人们看不见的物质。它们不发出可见光或其他电磁波,用天文望远镜观测不到。但它们能够产生万有引力,对可见的物质产生作用。
  迄今的研究和分析表明,暗物质在宇宙中所占的份额远远超过目前人类可以看到的物质。宇宙中最重要的成分是暗物质和暗能量,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的5%。
  问题之二:探测暗物质有何意义?
  答:暗物质被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题。人们认为暗物质促成了宇宙结构的形成,如果没有暗物质就不会形成星系、恒星和行星,更谈不上今天的人类了。暗物质的存在是通过天文观测推测出来的,然而目前被广泛认可的粒子物理学标准模型预言的62种基本粒子中不包含能解释暗物质的基本粒子,因此,探测和研究暗物质很可能导致物理学界新的革命。
  问题之三:阿尔法磁谱仪是如何工作的?
  答:阿尔法磁谱仪的主要本领是能够探测到太空中“流窜”的粒子。这一本领基于其强大而特殊的磁场。带电粒子进入磁场后轨迹会发生变化,不同带电粒子的轨迹变化也不同,而不带电的粒子的轨迹则不会发生变化,因而观测粒子进入这一磁场后轨迹是否变化,变化程度有什么不同,就可以推知这是何种粒子。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等。据新华社





点评

历时18年? 有说是18个月。  发表于 2013-4-5 19:52
 楼主| hkhtg090201 发表于 2013-4-5 20:03 | 显示全部楼层
丁肇中和阿尔法磁谱仪的故事:宇宙观测新大门
2013年04月05日 16:11   东方网-文汇报   
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  无所不在又无迹可寻的暗物质粒子,似乎正从理论预言走向现实。北京时间昨天凌晨,诺奖得主丁肇中率领的团队首次公布了观测宇宙射线18个月后得出的结论,其与暗物质粒子模型相当吻合。成果虽有待进一步完善和验证,但无疑点燃了学界对破解暗物质之谜的热情和信心。
  这个堪称人类最昂贵实验的支点,就是阿尔法磁谱仪(AMS),它让人类首次打开了一扇从太空观测宇宙射线的大门。
  赶赴太空探测粒子
  数百年来,人类观测宇宙主要是借助望远镜搜集远方传来的光。但暗物质不发光,要了解它就得另辟蹊径。
  除了光子,宇宙中飞行着大量高能粒子(即“宇宙射线”)。但与光子不同,这些粒子带电、有质量,穿透大气层时很容易发生反应,变成次生粒子,其种类、性质等都发生变化。要直接从宇宙射线中搜集原始的信息,就必须避开大气层。阿尔法磁谱仪就是一台直接在太空中运行的高能粒子探测器。
  阿尔法磁谱仪重7吨,能耗2500瓦,主体是直径1.3米、高0.8米的空心圆柱体,中央有强大的人造磁场,外围布置着各种高精度探测器。根据电磁原理,带正电和负电的粒子通过磁场后,会朝不同方向偏转,这就能区分并获得宇宙中各类高能粒子的参数。
  但要把大型磁铁送入太空并不容易。若没有特殊技术,磁体会把飞行器变成指南针,在地磁场的作用下,航天飞机、空间站很容易失控。过去40年,虽有人也想过在太空架设磁谱仪,但一直没有成功。
  中国智慧解决难题
  丁肇中团队荟萃了16个国家的数百名研究人员。在许多场合,他都表达了对“中国智慧”和中国研究者的感谢。
  丁肇中最感谢的,应该是帮他解决将强磁体送入太空难题的中科院电工所、中科院高能所、中国运载火箭技术研究院等中国科研机构。中国科学院电工所提供的阿尔法磁谱仪核心磁体,采用了独特的磁路设计,重量轻、无漏磁,而且非常可靠。
  这块磁体由4000块小磁铁组成,丁肇中曾做过破坏性试验,防止在极端情况下有磁体飞出,击穿飞行器从而酿成大祸,结果让他非常放心。磁体最终顺利通过了美国国家航空航天局严格的安全审查,成为人类送入宇宙的第一块大型磁体。
  此外,山东大学的热控制系统、东南大学的计算机系统、中山大学的冷却系统等,都为整个项目作出了重大贡献。
  为防犯错近乎苛刻
  由于阿尔法磁谱仪独一无二的地位,它的数据、衍生的结论难以被第三方验证。因此,丁肇中对“不出错”的要求近乎苛刻:“我想今后50年里也不可能有人再做这么大、这么困难的实验了。”
  阿尔法磁谱仪的很多部件,都做了10到20个,然后选出最好的一个。升空后,丁肇中每天都召集会议,分析仪器运行,研究如何减少误差。他将数据分析团队分成两个小组,互不通气,独立拿出自己的结论,用这种特殊机制保证结果的可信度。
  丁肇中说,做实验要有自信,但这是一种战略上的自信,实际操作中,他要求所有人对任何仪器都报以怀疑,以此保持足够的谨慎。在首篇论文发表之际,丁肇中仍对外强调保持冷静和耐心。他说,搞清目前发现的正电子的来源,可能还需要一段时间。研究者必须抛弃偏见,秉持持开放的态度。他说,项目才“刚刚开始”,目前收集到的数据是阿尔法磁谱仪预期收集数据的10%左右,还有很多未知等待探测。
  姚诗煌 本报首席记者 张懿





QGP! 发表于 2013-4-6 04:43 | 显示全部楼层
本帖最后由 QGP! 于 2013-4-6 04:59 编辑


看了下英文版的消息,目前仍然没有排除是其他普通天体物理过程的产物.现在下结论还太早.
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