暗物质简史（下）

可梦吧

迄今任何人所做的不同实验都很难使科学家相信他们发现了暗物质，如果暗物质真实存在，那么几种探索暗物质的实验应当得到同样的结果，暗物质探测的困难性使得科学家相信它们的特性比过去的想象和预期更加奇异和复杂。2008年，以空间探测为背景的PAMELA实验捕获了过量的正电子，科学家给出了一种可能的解释，太空的过量正电子来源于暗物质粒子的碰撞和湮灭作用。2013年，华人科学家丁肇中带领一支科学团队，他们在AMS—02实验中发现了同样的现象，以国际空间站为背景的粒子搜索更加确定了正电子的存在，然而很难断定过量正电子来源于暗物质粒子的湮灭作用，它们也可能来自于在太空“游荡”的脉冲星。在黑暗的地下进行的暗物质探测实验包括了多个项目，诸如：CoGeNT，XENON，CRESST，CDMS，LUX和四川锦屏地下深处的实验项目，这些实验的结果既没有肯定、也没有否定暗物质存在的可能，为了获取更为清晰的“暗物质图谱”，人们似乎要等待更长的一段时间，下一代更为精确的检测技术能够帮助科学家完成他们的使命。

尽管不知道暗物质的类型有哪些，物理学家还是构想了几种可能的暗物质粒子，最主要的候选对象被称之为WIMP——弱相互作用的大质量粒子，此外，物理学家根据物理学的超对称模型“有理有据”地预测了一种新型暗物质粒子，我们已知的基本粒子可能伴随了未知的对称性“暗粒子”，一些科学团队在搜索一种被称之为“轴子”的暗物质粒子。我们找不出一种理由来证明在宇宙中只存在一种类型的暗物质粒子，同样，我们也找不到某种理由来说明宇宙的暗物质种类有多少。可见物质由夸克、胶子和电子组成，它们和“粒子动物园”的其它粒子，包括光子、中微子和希格斯波色子在自然基本力的作用下，共同构成了我们身体的物质和宇宙中的一切物体。

基本粒子构成的可见物质占到宇宙成分总量的5%，其余的暗物质占到宇宙总成分的23%，暗能量占到宇宙成分总量的72%。宇宙中的可见物质占有很小的比例，它们却含有多种多样的物质形态，宇宙中的暗物质占有很大的比例，我们同样可以设想它们含有多种形态，或者普通物质和“暗物质”的多样性符合哲学类比论的“等效原理”。暗物质显得十分简单，然而，我们难以断定暗物质粒子是否通过“暗电磁”作用结合为“暗原子”，也许“暗原子”可以结合为“暗分子”，“暗化学”能够变成未来的化学。除了重的暗物质粒子，科学家在寻找轻的暗物质粒子，“暗物质”模型预测了轻暗粒子的存在。

未来的5到10年是暗物质发现的关键时期，然而没有任何一位科学家会“自告奋勇”地表示今后10年能够抓住暗物质的“尾巴”，一系列令人兴奋的实验正在世界各地的实验室“如火如荼”的进行，科学家之所以相信未来的10年将能揭开暗物质的神秘面纱，主要的原因是他们看到了检测技术的更新换代，更加灵敏和精确的探测技术相当于加大了暗物质粒子发现的机会。科学家掌握了多种发现暗物质的方法，其中的三种方法包括了第一种：直接的探测法。在一个通常是大型、极为安静的地下实验室，科学家使用了精密的探测器，他们需要耐心地等待暗物质粒子的光顾，将敏感的探测器设置在深层的地下洞穴，这是为了防止其它潜在粒子的干扰。科学家利用有限的资源来建造几个最大、最敏感的实验装置，将探测能力扩展到技术的边缘。第二种：间接的探测法。通过观测暗物质的引力效应来寻找暗物质的踪迹，大质量物质星系产生的“引力透镜”和大质量暗物质星系产生的“引力透镜”符合哲学本质论的“等效原理”。天文学家借用“引力透镜”手段发现了一些“暗物质星系”。安置在卫星和国际空间站的探测器陆续发现一些过量正电子的异常现象，不排除异常粒子来源于暗物质粒子相互作用的可能。

第三种：加速器生成法。大型强子对撞机是一部最复杂、能级最高的机器，通过两束粒子的高速对撞，释放的能量可能转化为暗形态的物质，经过定期维护和升级后的大型强子对撞机显著地提升了“粒子分解”的能级，如果高能机器揭示了暗物质的行踪，那么科学家相当于用实验手段“制造”了暗物质粒子。通过暗物质的特性来发现它的存在，反之，通过发现它的存在来了解暗物质的特性。三种暗物质的搜索方法没有先后和优劣之分，很难预测通过那一种方法能够首先发现暗物质，加速器生存法实际上是一种直接探测法，而直接和间接的探测法符合哲学方法论的“等效原理”和“互补原理”。也许暗物质在我们的理解力之外，或者是暗物质过于神秘，始终逃脱了我们的搜索，暗物质或者不存在，或者需要重新考虑引力的属性，用“修正引力理论”来描述“暗物质”现象。如果暗物质躲避了我们的搜寻，那么我们需要寻找新的搜索方法。投入大量的科研经费，寻找未知的暗物质，人们对实验项目的“性价比”产生了质疑和担忧，首先暗物质探索是科学家普遍认同的最重要的基础科学项目，其次，对暗物质多途径的精确探索推动了理论和应用科学的发展，科学发现的意外收获和“附加价值”难以估计。

科普编译：邓如山

时间：2018-9-3

本文选自：今日头条