美科学家废弃地下铁矿中捕获暗物质粒子(图)

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/03/28 20:23:05
美科学家废弃地下铁矿中捕获暗物质粒子(图)http://www.sina.com.cn  2009年12月21日   新浪科技

关于暗物质的电脑模拟图。该图演示了不可见暗物质是如何在光环中结合的。


  新浪科技讯 北京时间12月19日消息,据英国媒体报道,美国“低温暗物质搜寻计划”项目组科学家近日发表声明称,他们已经在一个废弃的地下铁矿中捕获到暗物质粒子。如果这一发现最终得到证实,它将成为近百年来物理学领域最重要的发现之一。
  近八十年来,暗物质一直是困扰科学界的一个难解之谜。关于暗物质,普遍的理论认为,在宇宙中只有四分之一的物质是可见的,而那四分之三的不可见神秘物质就是所谓的暗物质。多少年来,科学家一直在寻找暗物质存在的直接证据,但都没有取得实质性成果。美国科学家的这次发现一经证实,它将为人类寻找暗物质的艰难历程画上一个圆满的句号。
  据研究人员介绍,他们是在一个废弃的地下铁矿中捕获到暗物质的。这个地下铁矿就是美国明尼苏达州北部的索丹铁矿,大约位于地面之下半英里(约合800米)的位置。在索丹铁矿的底部,安装有高敏感探测器,这些探测器都是美国“低温暗物质搜寻计划”的实验装置。近日,研究人员利用这些高敏感探测器捕捉到暗物质粒子的身影。
  “低温暗物质搜寻计划”项目首席科学丹-巴维尔介绍说,该项目组此次共发现了两个粒子,它们的特点与预期中的暗物质粒子完全吻合。巴维尔是在费米国家实验室近期举行的一个研讨会上公布这一重大发现的。其实,数周前就已经有相关谣传称,巴维尔项目组即将公布这一伟大发现。
  尽管目前得到的结果尚有待进一步证实,但是它还是引起了科学界的轰动。英国剑桥大学天文学院科学家吉利-吉尔摩认为,“如果他们确实发现了暗物质的真正踪迹,那绝对是一个伟大的发现。暗物质是宇宙的重要组成部分,而且也是宇宙成为一个整体的必要物质。当普通物质融入到暗物质之中时,就可形成星系、恒星、行星以及人类生命。没有暗物质,我们也不可能生活在这里。”
  现代意义上的暗物质概念最早是由瑞士天文学家弗里兹-扎维奇于1933年提出的。当时,扎维奇认为,一个遥远的星系簇即将分崩离析,但这种分离不是由常规的重力牵引所造成的,而是由不可见宇宙物质所导致的。在扎维奇所描述的这种现象中存在的神秘物质,由于它既不能反射光线,也不能吸收光线,用望远镜根本无法观测到它们,因此被称为暗物质。自1933年起,科学家们就一直在暗物质是否存在这个问题上争论不休。
  2008年,“哈勃”太空望远镜在一个遥远星系周围的幽灵状光环中发现了暗物质存在的非直接证据。这种神秘光环就是当恒星的光线经过暗物质时被弯曲所形成的。在此之前,由美国加州理工学院天文学家理查德-麦西所领导的一支科研团队首次发布了关于暗物质的三维图,这些三维图揭示了暗物质是如何附着于星系周围以及相互之间是如何结合的。
  暗物质是由多种不可见粒子组成,这种说法既可以解释宇宙中的“质量缺失”现象,也可以为人类寻找暗物质的道路指点方向。所谓的“质量缺失”现象,就是指占宇宙四分之三质量的物质不见踪影,利用牛顿引力理论根本无法解释这种现象。暗物质的不可见粒子可以用来帮助科学家理解为什么时间总是在向前运动的。
  吉尔摩认为,“这一发现的真正影响是属于心理方面的,它表明我们正在接近一个全新的物理学世界。我们都知道,宇宙中存在许多事物和属性。对于粒子家族的这些新成员,所有事物和属性都将要做出反应。在现有许多最神秘的问题中,时间为什么总是沿着单一方向前进这个问题将通过暗物质粒子来得到合理的解释。”
  许多科学家相信,暗物质粒子将成为“超对称性”理论的有力证据。“超对称性”理论认为,宇宙中的任何粒子都是成双成对的,即它还有一个相对较重的伴侣粒子。发现“超对称性”理论的证据也是欧洲大型强子对撞机的主要目标之一。
  暗物质粒子的奇特之处就在于,当它们穿过某物体时,就像对方不存在一样。根据它们的这种特性,科学家们将它们命名为“Wimps”粒子,即弱相互作用重粒子。科学家们相信,每时每刻,都有大量的“Wimps”粒子穿越地球,穿越所有事物,当然也包括我们的身体。
  科学家们之所以将“低温暗物质搜寻计划”探测器安装于几百米深的地下矿洞中,就是为了防止太空中其他各种粒子对探测器的干扰,矿洞起到屏蔽作用。当暗物质粒子击中探测器中的一个原子核时,就会引起原子核摆动。科学家们长期不懈地研究,也就是为了等待这一罕见的机会。“低温暗物质搜寻计划”项目组共发现了两个暗物质粒子击中探测器中的原子核。
  据巴维尔介绍,他们明年将对矿洞中的探测器进行升级,然后再继续搜寻更多暗物质。(彬彬)




http://tech.sina.com.cn/d/2009-12-21/08363694633.shtml美科学家废弃地下铁矿中捕获暗物质粒子(图)http://www.sina.com.cn  2009年12月21日   新浪科技

关于暗物质的电脑模拟图。该图演示了不可见暗物质是如何在光环中结合的。

  新浪科技讯 北京时间12月19日消息,据英国媒体报道,美国“低温暗物质搜寻计划”项目组科学家近日发表声明称,他们已经在一个废弃的地下铁矿中捕获到暗物质粒子。如果这一发现最终得到证实,它将成为近百年来物理学领域最重要的发现之一。
  近八十年来,暗物质一直是困扰科学界的一个难解之谜。关于暗物质,普遍的理论认为,在宇宙中只有四分之一的物质是可见的,而那四分之三的不可见神秘物质就是所谓的暗物质。多少年来,科学家一直在寻找暗物质存在的直接证据,但都没有取得实质性成果。美国科学家的这次发现一经证实,它将为人类寻找暗物质的艰难历程画上一个圆满的句号。
  据研究人员介绍,他们是在一个废弃的地下铁矿中捕获到暗物质的。这个地下铁矿就是美国明尼苏达州北部的索丹铁矿,大约位于地面之下半英里(约合800米)的位置。在索丹铁矿的底部,安装有高敏感探测器,这些探测器都是美国“低温暗物质搜寻计划”的实验装置。近日,研究人员利用这些高敏感探测器捕捉到暗物质粒子的身影。
  “低温暗物质搜寻计划”项目首席科学丹-巴维尔介绍说,该项目组此次共发现了两个粒子,它们的特点与预期中的暗物质粒子完全吻合。巴维尔是在费米国家实验室近期举行的一个研讨会上公布这一重大发现的。其实,数周前就已经有相关谣传称,巴维尔项目组即将公布这一伟大发现。
  尽管目前得到的结果尚有待进一步证实,但是它还是引起了科学界的轰动。英国剑桥大学天文学院科学家吉利-吉尔摩认为,“如果他们确实发现了暗物质的真正踪迹,那绝对是一个伟大的发现。暗物质是宇宙的重要组成部分,而且也是宇宙成为一个整体的必要物质。当普通物质融入到暗物质之中时,就可形成星系、恒星、行星以及人类生命。没有暗物质,我们也不可能生活在这里。”
  现代意义上的暗物质概念最早是由瑞士天文学家弗里兹-扎维奇于1933年提出的。当时,扎维奇认为,一个遥远的星系簇即将分崩离析,但这种分离不是由常规的重力牵引所造成的,而是由不可见宇宙物质所导致的。在扎维奇所描述的这种现象中存在的神秘物质,由于它既不能反射光线,也不能吸收光线,用望远镜根本无法观测到它们,因此被称为暗物质。自1933年起,科学家们就一直在暗物质是否存在这个问题上争论不休。
  2008年,“哈勃”太空望远镜在一个遥远星系周围的幽灵状光环中发现了暗物质存在的非直接证据。这种神秘光环就是当恒星的光线经过暗物质时被弯曲所形成的。在此之前,由美国加州理工学院天文学家理查德-麦西所领导的一支科研团队首次发布了关于暗物质的三维图,这些三维图揭示了暗物质是如何附着于星系周围以及相互之间是如何结合的。
  暗物质是由多种不可见粒子组成,这种说法既可以解释宇宙中的“质量缺失”现象,也可以为人类寻找暗物质的道路指点方向。所谓的“质量缺失”现象,就是指占宇宙四分之三质量的物质不见踪影,利用牛顿引力理论根本无法解释这种现象。暗物质的不可见粒子可以用来帮助科学家理解为什么时间总是在向前运动的。
  吉尔摩认为,“这一发现的真正影响是属于心理方面的,它表明我们正在接近一个全新的物理学世界。我们都知道,宇宙中存在许多事物和属性。对于粒子家族的这些新成员,所有事物和属性都将要做出反应。在现有许多最神秘的问题中,时间为什么总是沿着单一方向前进这个问题将通过暗物质粒子来得到合理的解释。”
  许多科学家相信,暗物质粒子将成为“超对称性”理论的有力证据。“超对称性”理论认为,宇宙中的任何粒子都是成双成对的,即它还有一个相对较重的伴侣粒子。发现“超对称性”理论的证据也是欧洲大型强子对撞机的主要目标之一。
  暗物质粒子的奇特之处就在于,当它们穿过某物体时,就像对方不存在一样。根据它们的这种特性,科学家们将它们命名为“Wimps”粒子,即弱相互作用重粒子。科学家们相信,每时每刻,都有大量的“Wimps”粒子穿越地球,穿越所有事物,当然也包括我们的身体。
  科学家们之所以将“低温暗物质搜寻计划”探测器安装于几百米深的地下矿洞中,就是为了防止太空中其他各种粒子对探测器的干扰,矿洞起到屏蔽作用。当暗物质粒子击中探测器中的一个原子核时,就会引起原子核摆动。科学家们长期不懈地研究,也就是为了等待这一罕见的机会。“低温暗物质搜寻计划”项目组共发现了两个暗物质粒子击中探测器中的原子核。
  据巴维尔介绍,他们明年将对矿洞中的探测器进行升级,然后再继续搜寻更多暗物质。(彬彬)




http://tech.sina.com.cn/d/2009-12-21/08363694633.shtml

科学家开发出寻找暗物质新武器

  新浪科技讯 北京时间10月2日消息,据美国《连线》杂志报道,暗物质被认为是宇宙研究中一个最具挑战性的课题,虽然科学家从未发现暗物质存在的直接证据,但并不妨碍他们继续寻找。西班牙萨拉戈萨大学物理学家爱德华多·亚巴塞斯(Eduardo Abancens)领导的一个研究小组日前设计出新型暗物质探测器,外形酷似科幻大片《黄金罗盘》的道具。
  亚巴塞斯说:“即便我们不知道暗物质是什么东西,但我们很清楚暗物质的行为特征。”据物理学家介绍,目前他们只能对宇宙中大约5%的暗物质进行探测。物理学家是根据遥远星系的行为探知暗物质存在的。遥远星系的活动方式只能用肉眼看不到的物质质量产生的引力来解释。根据物理学家的估计,宇宙中约20%的物质是暗物质,75%的物质是暗能量。暗能量是驱动宇宙加速膨胀的斥力。
  亚巴塞斯团队开发的暗物质探测器名为“闪烁辐射热测量仪”(scintillating bolometer),外形酷似科幻大片《黄金罗盘》中的道具,核心是一个纯度极高的水晶体,可以传导暗物质粒子撞击其原子核时产生的能量。为避免受宇宙射线干扰,辐射热测量仪表面覆盖一层铅,保存于地下,上面是厚达半英里的岩层。
  它还能被冷冻至接近绝对零度(即零下273.15摄氏度),在此温度下,一切运动都将停止。在接近绝对零度的条件下,科学家或能测出几百万分之一华氏度的温度变化。亚巴塞斯等研究人员将此称为是“高热信号”。研究结果刊登在8月号《光学材料》(Optical Materials)杂志上。据研究论文描述,辐射热测量仪当前可以识别原子核颤动和电子旋转产生的振动差异。
  亚巴塞斯表示,新型暗物质探测器有望在5年内投入使用。不过,据布朗大学物理学家里克·盖茨凯尔(Rick Gaitskell)介绍,若要保证辐射热测量仪可靠运行,则必须令其敏感度更高,而且,当把它从46克的样机变成0.5吨重的实用模式时,还必须维持这种敏感度。
  盖茨凯尔没有参与亚巴塞斯的研究。他说,在接近绝对零度的条件下实施研究“非常具有挑战性”。盖茨凯尔曾花费十年心血,试图开发出能在此温度下运转的暗物质探测系统。他说:“我们现在使用的液态氙。液态氙温度相对低,只有零下150华氏度。在较为耐用的冰箱里,你几乎就能获得这种条件。”(孝文)

暗物质帮助早期星系在“大屠杀”中幸存

  大爆炸后5亿年出现的第一批恒星的剧烈燃烧导致了一场宇宙“大屠杀”。在这场大屠杀中,只有千分之一的星系得以幸免于难。一个新的超级计算机模型显示,幸运星系应该向大量被称之为“暗物质”的神秘物质说声“谢谢”。
  在暗物质云内部,正常物质融入年轻恒星。这些恒星产生具有破坏性的辐射。更大的暗物质云能够吸引更多正常可视物质,这也就意味着,即使在遭受邻居辐射轰击后,体积更大的星系也因为拥有足够物质得以幸存。
  相比之下,体积较小的星系则因为内部所有恒星以及恒星形成物质的蒸发,只遗留下贫瘠的暗物质团。英国达勒姆大学天体物理学家、研究小组成员卡洛斯·弗伦克表示:“这是一个强者生存、弱者淘汰的时刻。能够形成‘油炸’早期宇宙的恒星的星系就是那些以最快速度积聚暗物质的星系,”
  根据弗伦克与日本筑波大学的冈本隆史进行的此次新模拟研究,在此次星系大屠杀后很长一段时间内,没有任何新星系形成。与此同时,暗物质继续合并而后发展为体积更大的结构。大约100至120亿年前,一些暗物质团已拥有足够的质量,可以抵消幸运星系发出的辐射。在这种情况下,暗物质再次为正常物质撑起一把保护伞,更大的星系最终形成。
  这个模型在英国皇家学会于伦敦举行的2009年夏季科技展上展出。加州理工学院天体物理学家安德鲁·本森表示,这个模型能够解释银河系“遗失的卫星星系”问题。迄今为止,天文学家只在银河系发现大约20个卫星星系,但根据一项星系形成理论,真实的数量应该在数千个。
  银河系内的大型星系据信是由很多较小星系剧烈合并后形成的。任何被抛弃的并未形成更大结构的残余物最终成为卫星星系。本森并没有参与此项新研究,他表示,如果这个新模型得出的结论是正确的,说明银河系“遗失”的卫星星系从未在第一时间形成。“弗伦克教授的研究显示,如果能够阻止星系在早期宇宙形成,你就可以将预计能够在银河系内发现的星系数量减少至与我们实际观测到的更为接近的水平。”