科學家認為，人類的身邊游離著數(shù)量眾多的暗物質(zhì)，總量大約是常規(guī)世界物質(zhì)的6倍。它們不發(fā)光，而且極少與常規(guī)物質(zhì)發(fā)生作用。
過去十多年來，許多科學家正窮盡各種實驗方法，試著與它們“接觸”。如果如愿，這將極大地豐富人類對宇宙的理解。
中國的研究者如今正走在最前沿。在四川錦屏山地面以下2400米處，這里建立了世界上最深的實驗室。從今年下半年開始，PandaX暗物質(zhì)探測團隊牽頭人、上海交大物理與天文系主任季向東教授和他的團隊將正式開始在錦屏山實驗室收集數(shù)據(jù)。
季向東說：“我希望是中國人最先把這個謎底揭開。期待在未來的一兩年，在這個實驗室，能夠在這一科研領(lǐng)域有所發(fā)現(xiàn)?！?/FONT>
暗物質(zhì)深藏不露
暗物質(zhì)既不發(fā)光也不發(fā)射電磁輻射，有科學家評價稱它的神奇之處就在于“無處不在，卻從未被發(fā)現(xiàn)”。目前比較普遍的觀點認為，一類名為“弱相互作用大質(zhì)量粒子（WIMP）”構(gòu)成了暗物質(zhì)，這些微觀粒子每時每刻都在以百倍于子彈的速度，穿透地球萬物，包括我們的身體。因為它們幾乎不與常規(guī)物質(zhì)發(fā)生作用，所以即便是被穿透，我們的身體也安然無恙。
這些粒子除了發(fā)生“弱相互作用”外，還有萬有引力作用。中科院理論物理研究所研究員李淼說：“暗物質(zhì)就像黏合宇宙萬物的膠水，維持著恒星和星系間的聚集，如果沒有它們，星系將分崩離析?！?/FONT>
盡管暗物質(zhì)的存在已經(jīng)被普遍接受，但尋獲它的“真身”實在不易，目前被廣泛認可的粒子物理學標準模型預言的62種基本粒子中都不包含能解釋暗物質(zhì)的基本粒子。諾貝爾物理學獎獲得者李政道教授曾多次說：“暗物質(zhì)是籠罩20世紀末和21世紀初現(xiàn)代物理學的最大烏云，它將預示著物理學的又一次革命。”
在今年6月舉行的中科院新聞發(fā)布會上，理論物理研究所的于淥院士說，中國在探測暗物質(zhì)和暗能量上有得天獨厚的條件。而這得天獨厚的優(yōu)勢正是指我國在四川錦屏山底建立的世界上最深的實驗室。中國科學家們正在地面以下2400米處，借助靈敏探測器監(jiān)測著暗物質(zhì)的隨時出現(xiàn)。
科學家守株待兔
也許有人會覺得奇怪，科學家為啥要“鉆”到地下去找尋無處不在的暗物質(zhì)呢？其實，這是由于地面上具有高能量和穿透力的宇宙射線眾多，它們會對直接探測產(chǎn)生干擾，而厚實的巖層則是隔離干擾的絕佳天然屏障。
四川在建設(shè)錦屏水電站的過程中，在錦屏山底曾修建了18公里可以通行汽車的隧道。由于上面覆蓋著2400多米厚的山體巖石，這在研究暗物質(zhì)的科學家眼里，成了夢寐以求的實驗圣地。
2010年12月，由清華大學和二灘水電開發(fā)有限責任公司創(chuàng)建的中國首個極深地下實驗室就在這里落成了，它擁有著全世界最深的巖石覆蓋，是世界一流的潔凈的低輻射研究平臺，探測器可以通過巖石屏障“擋”去干擾，專心尋找暗物質(zhì)?，F(xiàn)在，清華大學和上海交通大學的科研團隊都已進駐這里，分別采用低溫半導體和液氙探測器對暗物質(zhì)展開探測研究。
在微觀研究領(lǐng)域下，科學家們?nèi)粝雽ⅰ吧畈夭宦丁钡陌滴镔|(zhì)捉住，唯一的方法就是等待可能參與組成暗物質(zhì)的WIMP粒子在飛行中偶然與常規(guī)物質(zhì)的原子核碰撞。
為此，季向東的暗物質(zhì)探測團隊正在這個“巖石下的實驗室”里通過搭建一個由液氙做成的原子核“樹林”，等待暗物質(zhì)這只“兔子”去撞樹。因為當暗物質(zhì)與常規(guī)物質(zhì)的原子核碰撞后，原子核會發(fā)出一些微弱的光、振動或電子信號?？茖W家需要造出盡可能靈敏的探測器去放大這些微弱的信號，并“守株待兔”地將它捕獲。期盼不要錯過這道由暗物質(zhì)所帶來的奇妙之光。
季向東介紹道：“我們實驗室中的液氙探測器是一個直徑約60公分，高約15公分的圓柱體靶子，它放在一個能抵擋巖石輻射的高屏蔽體中央。液氙是一種適于捕獲暗物質(zhì)的材料，但它很重，一般以百公斤為計算單位。我們實驗室的液氙靶是中國自主研發(fā)的，達到了百公斤量級的世界先進水平。為了讓它更高效地‘抓捕’暗物質(zhì)，我們將來還會給它升級到500公斤甚至是1噸級別?！?/FONT>
由于暗物質(zhì)與原子核碰撞產(chǎn)生的信號很微弱，捕捉到這些信號變得異常關(guān)鍵，對此，季向東充滿了信心，“這里的儀器靈敏度世界一流?？梢赃@么說，雖然每秒鐘都有上百億個暗物質(zhì)粒子穿過我們的液氙靶，而且不發(fā)生碰撞作用，但只要每天有一個暗物質(zhì)粒子能夠和原子核碰撞產(chǎn)生光電信號，我們的儀器都可以靈敏監(jiān)測到它。這個‘捕獲概率’達到了世界領(lǐng)先水平?！?/FONT>
謎底揭開待有時
人類對暗物質(zhì)的認識，就像“聞香識女人”，只來自間接觀測證據(jù)，迄今，沒有強有力的直接證據(jù)讓科學家能信心滿滿地宣布：“暗物質(zhì)被找到了。”回顧人類探索暗物質(zhì)的歷程，可謂充滿艱辛和挑戰(zhàn)，但科學家們卻在一直努力接近它、探索它、了解它。
從半個多世紀前，加州理工學院的瑞士天文學家弗里茨·茲威基在觀測球狀星系旋轉(zhuǎn)速度時首次提出了關(guān)于“暗物質(zhì)”的概念及推測一直到今天，已有越來越多的科學發(fā)現(xiàn)預示暗物質(zhì)的存在。
今年4月3日諾貝爾物理獎獲得者丁肇中教授在日內(nèi)瓦歐洲核子中心，首次公布其領(lǐng)導的阿爾法磁譜儀（AMS）項目18年之后的第一個實驗結(jié)果——已發(fā)現(xiàn)的40萬個正電子可能來自一個共同之源，即脈沖星或人們一直尋找的暗物質(zhì)。
6月，有美國哈佛等學者稱，組成宇宙大部分物質(zhì)的神秘暗物質(zhì)可能部分是由不可見幾乎不可觸摸的反原子、反電子和反質(zhì)子組成。有人推測，這可能并非適用于組成暗物質(zhì)的所有形式。有的研究人員認為新類型的暗物質(zhì)或可能存在。
探索暗物質(zhì)之謎，或許還有很長的路要走；但它凝聚著人類的好奇心、勇氣、智慧與執(zhí)著；是它們，啟動了人類不斷前進的“密碼”。正如季向東所說，“為了這個實驗，我們已經(jīng)準備了4年，我們期待在未來的一兩年，能夠在這一科研領(lǐng)域有所發(fā)現(xiàn)。”
從今年下半年開始，PandaX暗物質(zhì)探測團隊將正式開始在錦屏山實驗室收集數(shù)據(jù)。“樂觀估計，未來5到10年，暗物質(zhì)的廬山真面目將會展現(xiàn)在世人面前。當然，我希望是中國人最先把這個謎底揭開?！奔鞠驏|說。
