據(jù)美國《科學(xué)》雜志在線版近日報道，美國國家航空航天局（NASA）的費米伽馬射線天文望遠鏡以最新數(shù)據(jù)證實了宇宙存在著過量的反物質(zhì)。本次結(jié)果是在2008年P(guān)AMELA（反物質(zhì)探測和輕核天體物理載荷）衛(wèi)星捕捉的一次非同尋常的反物質(zhì)信號的基礎(chǔ)上完成的。天文學(xué)家評價稱，其不啻為一項物理學(xué)領(lǐng)域的重要發(fā)現(xiàn)，亦是天文觀測的一大壯舉。
同時，因該結(jié)果背后的研究原理，亦有極大可能確認了此信號對于暗物質(zhì)的意義，并將作為一個罕見的暗物質(zhì)標志，進一步揭示暗物質(zhì)的本質(zhì)。目前，相關(guān)研究論文已遞交到《物理評論快報》。
暗物質(zhì)與反物質(zhì)的“糾結(jié)”
2008年，意大利、德國、俄羅斯和瑞典等國科學(xué)家們的聯(lián)合航天行動項目衛(wèi)星PAMELA捕捉到了一次不同尋常的信號，那就是反物質(zhì)粒子飛過太空留下的脈沖。該發(fā)現(xiàn)在當時引起巨大爭議，因為，它被認為可能與暗物質(zhì)的存在和直接證明息息相關(guān)。
這是反物質(zhì)與暗物質(zhì)之間復(fù)雜糾結(jié)的關(guān)系。
盡管，聽起來都是很“黑暗神秘”那一系的，但暗物質(zhì)可不是反物質(zhì)。如今公認的原理是，暗物質(zhì)占據(jù)了全部宇宙物質(zhì)的85%，但人們卻從未直接觀測到過它（甚至不知它究竟是以粒子形式呈現(xiàn)還是處于人類尚未知曉的狀態(tài)）；而反物質(zhì)的世界與物質(zhì)世界就像蝴蝶一對飛翼，只不過反物質(zhì)這部分卻一直“隱匿”。
因此，人們可以這樣說：暗物質(zhì)現(xiàn)在在宇宙中有很多，但我們卻不知道它是什么；而反物質(zhì)我們相對了解，可是現(xiàn)在的宇宙中卻沒有很多。
在這些微乎其微中，最早被人們發(fā)現(xiàn)的反物質(zhì)就是正電子，而在所有反粒子中，最容易獲得的也是正電子。
因此，盡管正電子信號可能具有各種生成來源，但目前最主要的候選源就是暗物質(zhì)。如果這種奇異的粒子形式作為暗物質(zhì)殘骸遺跡的推測能被證實，這必然成為是一個極其難得的、不通過萬有引力而看到的暗物質(zhì)證據(jù)，或可通過它來揭示暗物質(zhì)的存在與構(gòu)成。
PAMELA和費米帶來的激動
PAMELA負載衛(wèi)星于2006年升空，科學(xué)目標就是試圖發(fā)現(xiàn)正電子數(shù)量超過預(yù)期，證明其與暗物質(zhì)的理論相吻合。
理論界普遍認為，兩個暗物質(zhì)粒子碰撞后湮滅，會產(chǎn)生普通的物質(zhì)粒子，如電子和它的孿生兄弟正電子，而電子—正電子系統(tǒng)也最適合研究普通物質(zhì)與反物質(zhì)的結(jié)合。在碰撞湮滅過程中所釋放出來的能量，可以根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程算出E=mc2算出，即這些粒子的能量，基本上等于原來的暗物質(zhì)粒子的質(zhì)量乘以光速的平方。
當年，PAMELA衛(wèi)星探測到正電子尖狀物通過特定的能譜沖向大量電子時，物理學(xué)家們激動不已，但彼時還不能確定這就是暗物質(zhì)粒子湮滅的證據(jù)，科學(xué)家們還必須排除產(chǎn)生這些正電子的其他可能——譬如脈沖星和中子星。
此次，美國斯坦福大學(xué)物理學(xué)家根據(jù)PAMELA衛(wèi)星2008年的觀測結(jié)果瞄準并校正那個正電子信號。他們利用的方法是，使用地球本身作為一個粒子過濾器，從而在只有電子或只有正電子通過地球磁場時去觀察。
研究結(jié)果表明，正電子相對豐度上升至200億至1000億電子伏特，且可繼續(xù)增強至2000億電子伏特，這是人們首次發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象。而正電子信號作為暗物質(zhì)的遺跡，弱相互作用粒子（WIMP）的質(zhì)量將至少是質(zhì)子的100倍，而NASA的費米望遠鏡得到的宇宙射線光譜數(shù)據(jù)，提供了計算弱相互作用粒子質(zhì)量的可能。結(jié)論正在許多理論預(yù)測范圍內(nèi)，研究人員最終證實了PAMELA衛(wèi)星的結(jié)果。
暗物質(zhì)與反物質(zhì)的未來
哈佛大學(xué)的物理學(xué)家道格·芬克百納指出，盡管確認數(shù)據(jù)是否為暗物質(zhì)的直接證據(jù)還言之尚早，但天文學(xué)家們震驚地發(fā)現(xiàn)，正電子信號會在更高的能量下增強，且很可能已超越了費米望遠鏡的測量范疇。芝加哥大學(xué)宇宙學(xué)家邁克爾·特納則表示，確認正電子數(shù)量的上升，意味著人類對宇宙的又一大發(fā)現(xiàn)。
而為了尋找更加毫無疑問的證據(jù)，現(xiàn)在要依靠另一個探測器——由丁肇中領(lǐng)導(dǎo)、耗資22億美元研制的“阿爾法磁譜儀2”（AMS-02）。這臺被稱為“科學(xué)的未來”的強大儀器已于今年5月發(fā)送到了國際空間站，其巨型磁鐵將用于解析宇宙射線，探測正電子的過量和驟降，那是遠比費米望遠鏡更高的能量探測范疇。
如芬克百納所說，AMS-02將對這場神秘的暗物質(zhì)與反物質(zhì)謎案，作出“結(jié)案陳詞”。
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