暗物质“迷”与“谜”:“我们已经接近发现暗物质的边缘”

来源:新华网 2015-9-23 李华梁

  全世界最深的暗物质探测实验室、中国锦屏地下实验室二期扩建进展顺利……

  中国“天眼”、世界最大单口径球面射电望远镜反射面单元面板开始拼装……

  世界上迄今为止观测能段范围最宽、能量分辨率最优的“暗物质粒子探测卫星”将于年底在酒泉择机发射……

  近期,一批来自中国的科研计划不断聚焦“宇宙幽灵”——暗物质。在寻找暗物质的道路上,中国身影越来越多。

  “暗物质”被科学家比作“笼罩在21世纪物理学天空中的乌云”,是目前国际科研的最前沿领域之一。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,通常所观测到的普通物质只占宇宙质量的5%。暗物质涉及宇宙产生和演化的一些最基本问题。

  “与百年之前相对论和量子力学即将诞生时类似,现在人类对物质世界的认识又一次处在了十字路口。毫不夸张说,找到并研究暗物质,将是继哥白尼日心说、牛顿万有引力定律、爱因斯坦相对论以及量子力学之后,人们认识宇宙的又一次重大飞跃。”清华大学工程物理系副教授岳骞说。

  除了“上天”,国际上暗物质探测更多的是“入地”,即在地下的极深实验室中进行探测,这样便可减少地球上无处不在的宇宙线干扰。

  本世纪以来,国际上相继开展了20多个暗物质探测实验,利用各种技术来寻找暗物质。特别是近几年来,竞争更为激烈。来自意大利、美国、德国的实验组先后宣称发现了疑似轻质量暗物质的信号,这些信号引起了科学界和公众的强烈兴趣。

  以往中国科学家要想进行暗物质研究,只能借用国外的地下实验室。中国锦屏地下实验室顶部覆盖2.4公里的岩石,为目前全球最深的暗物质探测实验室。2010年启用后,有两个实验组进驻,分别是清华大学主导的CDEX实验和上海交通大学主导的PandaX实验。

  清华大学常务副校长、中国锦屏地下实验室主任程建平教授表示,从过去几十年国际地下实验室的发展进程可以看出,地下实验室,特别是极深地下实验室的建设和发展可以为一个国家提供综合性的重大基础科学研究平台,是一个国家关键性的重大基础科学研究设施。

  过去五年里,我国在暗物质方面的研究进展迅速。2014年,CDEX实验组得到了目前点电极高纯锗探测器在国际上最灵敏的实验结果,进一步缩小了暗物质可能存在的区域。PandaX实验组也于同年公布了一期实验获得的首批数据,对以往国际上所有发现的疑似轻质量暗物质信号提出了质疑。

  谈到这两个实验组的结果,来自美国珀杜大学的物理学家拉斐尔·朗认为,两个实验组最近发表的成果,真正使得中国暗物质搜寻努力“走到了国际社会的最前沿”。

  目前,锦屏地下实验室正进行二期扩建,届时实验室总容积将从目前的4000立方米扩容到约30万立方米,可容纳更多的实验组。

  PandaX实验的规模也在扩大,“半吨级”实验将是世界上同类实验的最大规模,灵敏度也比现有装置放大近20倍,并有望进入重质量暗物质信号区进行搜索。

  中国“千人计划”专家、上海交通大学鸿文讲席教授季向东表示,随着实验探测灵敏度的提升,中国人有望率先找到理论预言的一类暗物质粒子,“我们已接近发现暗物质的边缘”。

  各国科学家都在摩拳擦掌,等待这一兴奋时刻的到来。暗物质探寻的竞争愈发激烈,人类认识暗物质的旅途或即将迎来最后一段征程。

 

2015年09月24日 15:37:53  清华新闻网

更多 ›图说清华

最新更新