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“暗物质探测”综述

(2015-03-10 09:15:23)
标签:

暗物质

科里奥利力

星系

旋转

质点

 

“暗物质探测”综述

 

杨明昆1,王严学2,杨昭国3

Email:ygyzg@126.com

 

       现状:到目前为止,无论LHC还是“直接探测”实验,都未能发现WIMP。这些失败表明,暗物质是由其他东西组成的。美国加州大学欧文分校研究粒子宇宙的理论学家Kevork Abazajian表示,之前就被认为是冷门候选者的一系列替代选择,现在看起来“没那么奇异了”。

      

       1.关于“暗物质” [1]

       在宇宙学中,暗物质(dark matter),是指无法通过电磁波的观测进行研究,也就是不与电磁力产生作用的物质。人们目前只能通过引力产生的效应得知,而且已经发现宇宙中有大量暗物质的存在。

现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构的形成、微波背景辐射等方法和理论来探测暗物质。

       2.提出“暗物质” [1]

       1932年,荷兰科学家扬·奥尔特根据银河系恒星的运动提出银河系里面应该有更多的质量的想法。

       1933年,美国加州工学院的瑞士天文学家弗里茨·兹威基研究后发座星系团时,使用维里定理推断出其内部有看不见的物质。

       3.探测“暗物质”

       2007年,5月16日出版的《天体物理学杂志》称,约翰斯·霍普金斯大学天文学家小组利用哈勃太空望远镜,探测到了位于遥远星系团中呈环状分布的暗物质 [1]

       2009年,美国科学家在位于加利福尼亚大学校园的隧道里的实验室,检测到了两种可能来自于暗物质粒子的信号。但他们同时表示,这些信号与暗物质粒子的相似度不高。[2]

       2010年,中国首个极深地下实验室——“中国锦屏地下实验室”在四川雅砻江锦屏水电站揭牌并投入使用,锦屏地下实验室垂直岩石覆盖达2400米,是当前世界岩石覆盖最深的实验室。它的建成标志着中国已经拥有了世界一流的洁净的低辐射研究平台,能够自主开展像暗物质探测这样的国际最前沿的基础研究课题。清华大学实验组的暗物质探测器已经率先进入实验室,并启动探测工作,而上海交通大学2012年2月刚成立的粒子物理宇宙学研究所,就相中了锦屏山隧道作为地下实验室的建设地点。这里将成为研究所成立后首个实验的开展地,专门“搜捕”暗物质。当前这里是世界上最优越的探测暗物质的环境。[2]

       2011年5月,意大利暗物质探测无果,该研究结果质疑其它发现暗物质的结果。[2]

       2011年9月,据新华社电 中国科学院院长白春礼昨天在接受新华网访谈时透露,中科院未来十年计划发射五颗科学卫星,用于探测暗物质、量子通讯等。[3]

       2013年,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。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,是至2013年以来灵敏度最高,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。[2]

       2013年4月18日,美国物理学会的科学家报告称,在实验中发现大质量弱相互作用粒子的信号强度达到3个西格玛水平,他们发现暗物质的可能性达到99.8%。[2]

       2014年,以中国科学家为主导的大型暗物质探测实验组PandaX(熊猫计划)对暗物质的理解和探测实现新突破。(8月)24日,PandaX合作组发布了实验组使用120公斤级液氙探测器所获得的首批数据,数据对以往实验中轻质量暗物质疑似信号提出了强烈质疑。相关研究成果已在高能物理文献网上发布,研究论文即将在《中国科学:物理学力学天文学》(英文版)杂志发表。[4]

       2014年,中国暗物质实验(CDEX)合作组4年磨一剑,取得了重要进展:对于10GeV以下暗物质的直接探测,CDEX合作组利用点电极高纯锗,得到了目前国际最灵敏的实验结果。不仅进一步缩小了暗物质可能存在的区域,同时推翻了美国CoGeNT暗物质实验组近年来宣称 “已经探测到暗物质存在区域”的结论。相关论文于北京时间(11月)11日被国际著名科学杂志《物理评论D》发表。[5]

       2014年,据新华社日内瓦12月15日电瑞士洛桑联邦理工学院15日发布公报称,研究人员从宇宙X射线中发现了一种非典型性光子发射现象,这可能是暗物质存在的证据。[6]

       2015年,在经历了重大升级之后,欧洲核子研究委员会(CERN)的大型强子对撞机(LHC)预计今年3月重新启动。它被广泛认为是近期能够产生和确定一种名为大质量弱相互作用粒子(WIMP)理论中的粒子的最后机会。另外,一个超高灵敏度的“直接探测”实验——设计捕捉来自天空的自然生成的WIMP流,也将于今年启动。[7]

       4.思考“暗物质”

       但到目前为止,无论LHC还是“直接探测”实验,都未能发现WIMP。这些失败表明,暗物质是由其他东西组成的。美国加州大学欧文分校研究粒子宇宙的理论学家Kevork Abazajian表示,之前就被认为是冷门候选者的一系列替代选择,现在看起来“没那么奇异了”。 [7]

       “旋转体系”上的“科里奥利力”与离心力一样,都不是在惯性系中真实存在的力,而是惯性作用在非惯性系内的体现。对于“逃离质量中心的质点”来说,“科里奥利力”起到的是“向心力”的作用,——产生了“暗物质效应”:产生这个“向心力”的“实体物质质量”是“不存在”的、“没有”的——系“旋转体系”产生的一种“作用效应”——可以称为“暗物质质量”或“暗质量”。如果我们生活的“三维空间”正好是一个“旋转体系”——“球柱体”绕其对称轴旋转,那么在这个“旋转体系”——“球柱体”上,也会产生“暗物质效应”。这一点,与目前的“天文观测”是一致的。[8]

       5.我们的建议

       恳请读者,让我们共同呼吁:建议立即停止对“暗物质”的探测,不要再耗用巨大的人力物力了——因为“暗物质”作为“实体物质”,是“不存在”的、“没有”的;所谓的“暗物质”,只是“科里奥利力”的一种“作用表现”。

 

 

参考文献:

[1]《暗物质》.维基百科 [引用日期2015-03-8] .

[2]《暗物质》.百度百科 [引用日期2015-02-12] .

[3]我国将发射卫星探测暗物质.京华网.2011-09-24 [引用日期2015-03-8] .

[4]中国暗物质探测“熊猫计划”首发实验数据挑战宇宙起源理论.观察者网.2014-08-25 [引用日期2015-03-8] .

[5]寻找暗物质:中国锦屏地下实验室获最灵敏结果.人民网.2014-11-12 [引用日期2015-03-8] .

[6]科学家发现暗物质信号:惰性中微子湮灭时发出光子.人民网.2014-12-16 [引用日期2015-03-8] .

[7]寻找第4种中微子 证实暗物质理论进入关键时期.人民网.2015-02-28 [引用日期2015-03-8] .

[8]“科里奥利力”与“暗物质”.(作者的另一篇文章).

[9]相关资料请参考《“引力场”与“空间场”

(杨明昆 王严学 杨昭国期待您的交流、讨论  ygyzg@126.com)

 

 

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