暗物質(zhì)初露端倪

20世紀(jì)30年代,瑞士天文學(xué)家扎維奇發(fā)表了一個(gè)驚人結(jié)論:在星系團(tuán)中,看得見的星系只占總質(zhì)量的0.3%以下,而99%以上的質(zhì)量是看不見的。當(dāng)時(shí)許多人并不相信扎維奇的結(jié)論。

直到1978年才出現(xiàn)第一個(gè)令人信服的證據(jù),這就是測(cè)量物體圍繞星系轉(zhuǎn)動(dòng)的速度?？茖W(xué)家根據(jù)人造衛(wèi)星運(yùn)行的速度和高度,就可以測(cè)出地球的總質(zhì)量。根據(jù)地球繞太陽運(yùn)行的速度和地球與太陽的距離,可以測(cè)出太陽的總質(zhì)量。同理,根據(jù)物體(星體或氣團(tuán))圍繞星系運(yùn)行的速度和該物體距星系中心的距離,科學(xué)家可以估算出星系范圍內(nèi)的總質(zhì)量。

這樣計(jì)算的結(jié)果發(fā)現(xiàn),星系的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于星系中可見星體的質(zhì)量總和。結(jié)論似乎只能是:星系里必有看不見的暗物質(zhì)。

事實(shí)上,根據(jù)推算,23%的宇宙由看不見的暗物質(zhì)組成,73%由一種導(dǎo)致宇宙加速膨脹的暗能量組成,而太陽、銀河系及所有發(fā)光的物質(zhì)僅僅是宇宙中極少的一部分,大約只占4%。這是一種完全不為人類所知的物質(zhì)和能量,正是它們控制著宇宙,主宰著宇宙的未來。

追蹤暗物質(zhì)

科學(xué)家追蹤暗物質(zhì),就像追蹤一個(gè)幽靈。

雖然暗物質(zhì)跟普通物質(zhì)一樣,具有引力,但這種物質(zhì)很難與普通物質(zhì)發(fā)生互動(dòng),因此人們看不到它們。

目前,微中子是唯一一種曾在實(shí)驗(yàn)室里發(fā)現(xiàn)的暗物質(zhì)粒子,但是它們幾乎是零質(zhì)量,而且在暗物質(zhì)的宇宙能量部分里僅占很小比例。天體物理學(xué)家認(rèn)為,剩下的很大一部分暗物質(zhì)是由大質(zhì)量弱相互作用粒子構(gòu)成,這種粒子的能量大約比質(zhì)子多10~1000倍。

微中子又叫中微子,

是組成自然界的最基本的粒子

之一,以接近光速運(yùn)動(dòng)。為了研究中微

子的性質(zhì),各國建造了大量探測(cè)設(shè)施,比較著名的有日本神岡町的地下中微子探測(cè)裝置、俄羅斯在貝加爾湖建造的水下中微子探測(cè)設(shè)施以及美國在南極地區(qū)建造的中微子觀測(cè)裝置等。

對(duì)中微子的研究不僅可以告訴我們宇宙整體的質(zhì)量,而且可以揭示浩瀚的太空深處各種星體的奧秘。這是因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在所觀測(cè)到的星光、太陽光只是星球、太陽表面發(fā)出的光,只有中微子才能暢通無阻地將星球、太陽內(nèi)部的信息帶給我們。

大質(zhì)量弱相互作用粒子是一種運(yùn)動(dòng)速度相對(duì)緩慢,能夠聚集成團(tuán)的粒子。為了尋找理論上的大質(zhì)量弱相互作用粒子,科學(xué)家們選擇了地下世界。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室上面覆蓋的巖石可以屏蔽宇宙射線或者其他太空中的東西,消除干擾,而暗物質(zhì)可以穿越一切它遇到的東西,最終被深埋在地下的高靈敏度探測(cè)器發(fā)現(xiàn),因此這樣的實(shí)驗(yàn)必須在地下深處進(jìn)行。

但是,因?yàn)榘滴镔|(zhì)與普通物質(zhì)相互作用的可能極其罕見,平均需要一年的時(shí)間,科學(xué)家才有可能遇到一個(gè)大質(zhì)量弱相互作用粒子。

科學(xué)家也沒有

更好的辦法,但很多人對(duì)此信心滿滿?，F(xiàn)在,暗物質(zhì)探測(cè)器的精度已經(jīng)比20年前增強(qiáng)了1000

倍,未來,科學(xué)家會(huì)建造更大更精確的探測(cè)器用于捕捉暗物質(zhì)。

尋找暗物質(zhì)的中國地下實(shí)驗(yàn)室

四川錦屏山的山底曾修建過一條可以通行汽車的隧道,隧道上面是2500多米厚的山體巖石。這些平常的隧道,在那些苦苦尋找實(shí)驗(yàn)環(huán)境的科學(xué)家眼里,卻成了“香餑餑”。

事實(shí)上,中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室是目前世界巖石覆蓋最深的實(shí)驗(yàn)室。在深深的地底,正有科學(xué)家醉心于此,努力尋找暗物質(zhì)的蹤跡。

從地面上開車大概20分鐘,就能到達(dá)地下實(shí)驗(yàn)室?？茖W(xué)家戴上安全帽、穿著硬底鞋,進(jìn)入布滿各種儀器設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室。這里四季恒溫,冬暖夏涼,不需要用空調(diào)。唯一與地面實(shí)驗(yàn)室不同的是,這里沒有窗戶,感覺不到四季變化,進(jìn)去久了容易讓人搞不清外界是白天還是黑夜。

一旦儀器運(yùn)行穩(wěn)定后,科學(xué)家就不用再“守”著探測(cè)器,只需在地面上的辦公室監(jiān)控探測(cè)器運(yùn)行即可,地下實(shí)驗(yàn)室的所有數(shù)據(jù)會(huì)傳送至地面。

在這里工作的科學(xué)家們,探求的是物質(zhì)最深層次的奧秘,每一個(gè)微小的科學(xué)發(fā)現(xiàn)都將使人們對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)更進(jìn)一步,這是最了不起的事。