在南极探测暗物质粒子的试验气球
载有先进探测设备的实验气球首次找到暗物质粒子湮灭证据 在最新一期出版的美国《自然》杂志上，来自美国、中国、德国和俄罗斯等国的科学家联合公布了他们的这一最新研究成果。美国路易斯安那州立大学教授约翰-卫菲尔表示，天文观测已经表明，宇宙的组成包括普通物质、暗物质和暗能量，其中普通物质仅占5%左右，而暗物质则占了大约23%。尽管从上世纪30年代开始，天文大尺度观测实验多次间接验证了暗物质的存在，但物理上直接的观测证据到现在还没有找到，人类直到现在还没有弄清楚暗物质的物理本质。在美国“南极长周期气球项目”(ATIC)中，来自多个国家的科学家经过近10年的观测和研究，最终发现一些不明来历的高能电子很可能是暗物质粒子湮灭的证据。
约翰-卫菲尔介绍说，在进行暗物质的数据监测时，他们在南极洲上空释放了一个载有粒子监控设备的探测气球，并最终得到了令科学家们感到满意的暗物质粒子数据。美国“南极长周期气球项目”的最主要目标就是在空间观测高能宇宙线。科学家们早在1998年就提出可对其探测设备进行一定程度的改进，该探测器将可以同时观测高能电子和伽马射线。2000年，重达2吨的探测器在南极洲正式升空并进行观测，这是世界上首次对高能电子进行高分辨观测。科学家表示，以往学界普遍认为高能电子来源于超新星遗迹，并建立了太阳系高能电子流量模型。但在南极洲的第一次观测结果表明，高能电子流量在3000亿至8000亿电子伏特能量区间远远超出了模型预计流量。这就意味着宇宙高能电子还有别的“起源”。
科学家们表示，高能电子究竟来自何处存在很多种可能，经过分析，他们发现观测结果与目前暗物质理论模型相吻合，表明这些不明来源的高能粒子将有可能是暗物质粒子湮灭时所产生的。这样的研究结果让科学家们感到非常激动，但研究小组组认为还需要对这一结果进行多次观测验证。为了进一步证实研究结果，此后的7年间，科学家们不断改进设备和观测方法的基础上，又在南极进行了2次成功观测。加上此前的观测，他们共观测到3000多万个宇宙线粒子，经过层层筛选，他们最终找到210个高能电子。这些结果均与第一次观测结果吻合，让研究人员对自己的观测结果确信无疑。
这些高能电子的能谱流量与目前暗物质理论预言的粒子模型吻合，所得到的低能参数也与欧洲与俄罗斯耗费数亿美元研制的、专门用于寻找暗物质粒子湮灭证据的磁谱仪探测器PAMELA所得到的结果完全吻合。这就表明这些不明来源的高能电子将有可能是暗物质粒子湮灭时所产生的。目前高能电子的观测精度还可以进一步提高，并不排除这些不明来历的高能电子来自于太阳系附近的特殊天体。即使这样，这也是人类第一次直接观测到来自于“特殊天体”的高能电子。科学家表示，他们的研究目前才刚刚开始，要想得出最终的结论还有很长的路要走。今后，研究小组将进一步提高观测设备精度，以期得出更加翔实的数据并找到更为充分的证据。
暗物质的奥秘仍有待破解
几十年前，暗物质刚被提出来时仅仅是理论的产物，但是现在我们知道暗物质已经成为了宇宙的重要组成部分。暗物质的总质量是普通物质的6.3倍，在宇宙能量密度中占了1/4，同时更重要的是，暗物质主导了宇宙结构的形成。暗物质的本质现在还是个谜，但是如果假设它是一种弱相互作用亚原子粒子的话，那么由此形成的宇宙大尺度结构与观测相一致。不过，最近对星系以及亚星系结构的分析显示，这一假设和观测结果之间存在着差异，这同时为多种可能的暗物质理论提供了用武之地。通过对小尺度结构密度、分布、演化以及其环境的研究可以区分这些潜在的暗物质模型，为暗物质本性的研究带来新的曙光。
在引入宇宙膨胀理论之后，许多宇宙学家相信宇宙是平直的，而且宇宙总能量密度必定是等于临界值的(这一临界值用于区分宇宙是封闭的还是开放的)。与此同时，宇宙学家们也倾向于一个简单的宇宙，其中能量密度都以物质的形式出现。如果人类不了解暗物质的性质，就不能说我们已经了解了宇宙。现在已经知道了两种暗物质--中微子和黑洞，但是它们对暗物质总量的贡献是非常微小的，暗物质中的绝大部分现在还不清楚。
暗物质无法被人类直接观测得到，但它却能干扰星体发出的光波或引力，其存在能被明显地感受到。科学家曾对暗物质的特性提出了多种假设，但直到目前还没有得到充分的证明。新理论认为，在地球与月球之间存在着大量神秘的暗物质。这一观点也许可以用来解释所谓的“飞行异常”奇怪现象。当太空飞行器进入太空之前、尚在地球周围不断加速的过程中，所有飞行器都曾有过奇怪的速率变化过程。而根据已知的万有引力定律，不应该出现这种现象。于是有些科学家认为，这种飞行异常表明现有物理定律以及万有引力定律存在问题，爱因斯坦的广义相对论需要修正。当然这只是一种较为激进的看法。(刘妍)
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