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追逐暗物质的阿尔法磁谱仪

读夜  发布于:2014/12/17  阅读量:648  来源:Symmetry dimensions of partical physics

暗物质是一类既不发射也不吸收光线的物质。科学家们认为这类物质的量大约是一般物质的5倍,但目前只能间接地观察。

 

在地球上空250英里的国际空间站中进行的AMS实验主要研究宇宙射线、高能空间粒子。这类研究对象的一小部分可能起源于充满我们银河系的暗物质粒子的碰撞。因此,有可能通过对宇宙射线的测量来探测到暗物质。

 

这些来自欧洲核子研究组织及世界上其他一些研究所的AMS科学家的一个主要任务是对比探测器在空间中探测到的不同能量物质和反物质的宇宙射线的差异。目前科学家们已经分析了AMS探测到的54亿个宇宙射线样本中的41亿样本。

 

理论学家预测随着能量的升高,反物质粒子的正电子与电子的比例应该会降低,AMS的结果证实了这种预测。但2013年人们发现当高于某一特定能量-8亿电子伏时,正电子与电子的比例则急剧增加。

 

麻省理工学院和CERNAMS的主管、诺贝尔奖获得者Sam Ting说这意味着会有一些新的发现,这是完全出乎意料的。这种增加是正电子新来源的明显信号。此来源可能是某些我们已知的宇宙天体,比如脉冲星。不过正电子也可能来源于暗物质粒子的碰撞。

 

今天,Ting宣布AMS发现了正电子增多的另一方面的信息暗示着他们可能会找到正电子增多的原因。“科学家们从1964年就开始研究此比例了”,美国高能物理能源办公室的副主任Jim Siegrist说,这还是人们第一次发现此转折点。

 

AMS实验还发现正电子的比例在大约-275亿电子伏时又开始下降。粒子碰撞后所释放的能量必须等于碰撞时获得的能量,而质量又与能量相关。暗物质碰撞产生的正电子的能量必然受到暗物质粒子的质量限制。如果某一质量的暗物质粒子可以产生过量的正电子,则过量的正电子应当在具有暗物质质量所对应的能量时陡然下降。

 

如果正电子在高能量时确实突然下降,则下降速率可以为科学家研究什么样的粒子在开始引起了正电子比例上升提供线索。Ting说不同的粒子可以提供不同的曲线,通过几年时间的分析,我们可以知道下降的速率。

 

如果他们下降的比较平稳,则这种下降更有可能是某些别的因素导致的,比如脉冲星。为了获得更加确切的结果,科学家们开始研究另外一对脉冲星不会产生的物质和反物质,既质子和反质子。

NASA首席科学家Ellen Stofan说:“我们正在收集基础数据的事实这对我来说太有意义了,一旦我们能理解这些数据的意义,我们可能会改变对宇宙的认识”AMS科学家今天还宣布正电子在人们关注的8~257亿电子伏能量段中平稳增加,不存在突然的变化。这一意外发现暗示正电子比例的增加可能来源可能不是,或者说至少不只是暗物质。

 

来自欧洲、亚洲和美洲的15个过年参与了AMS的建设,在NASA约翰逊空间站中密切协作。NASA2011年奋进号航天飞机的最后一次任务中将AMS运到了国际空间站。这台重达7.5吨的AMS,由于位于国际空间站而不受地球大气的干扰,可以开展前无古人的实验


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