丁肇中新成果：过量正电子来自暗物质 - 学人动向 - 科技动向

　　9月18日，诺贝尔奖得主、美籍华人物理学家丁肇中公布阿尔法磁谱仪项目最新研究成果，进一步显示宇宙射线中过量的正电子可能来自暗物质。

　　2011年升空的阿尔法磁谱仪由国际空间站搭载，任务是寻找暗物质并探寻其起源。根据现有理论，宇宙中的暗物质远远多于普通物质，暗物质碰撞会产生过量的正电子，阿尔法磁谱仪可对宇宙射线中的正电子进行精密观测。

　　根据最新发布的数据，阿尔法磁谱仪观察到的410亿个宇宙射线事件中，约有1000万个是电子或正电子。从8吉电子伏特（1吉等于10亿）的能量开始，正电子占电子与正电子总数的比例快速增加，在275吉电子伏特左右停止增长。比例上升的过程较为均衡，没有明显的峰值。此外，正电子似乎来源于宇宙空间的各个方向，而不是某个特定方向。

　　研究人员说，观测到的正电子分布特征与暗物质理论的某个模型一致，该模型认为暗物质由一种称为“中轻微子”的粒子组成。不过，这些过量的正电子到底是来源于暗物质，还是来源于脉冲星等天文现象，还需要进一步分析确认。相关论文发表在最新一期的美国《物理评论快报》上。

　　研究小组在同一期杂志上发表的另一篇论文认为，宇宙射线中电子与正电子的通量（即单位时间里通过单位面积的粒子数量）分布显著不同，其特征也显示，过量的高能正电子有可能来自于暗物质碰撞。

　　去年2月18日，在美国波士顿结束的美国科学促进会（AAAS）年会上，美国麻省理工物理学家丁肇中领导的研究团队对外宣布，他们的阿尔法磁谱仪（AMS）发现了弱相互作用大质量粒子（WIMP）存在的证据，6个科研小组达成了一致意见，都赞同是探测到WIMP，而WIMP就是一种暗物质的候选体。丁肇中称，将于未来两到三周发表涉及暗物质的研究论文，对这项研究的进展作详细阐述。1976年，因发现“丁粒子”，丁肇中被授予诺贝尔物理学奖。

　　当天，中科院理论物理研究所研究员李淼接受东方早报记者采访时表示，根据现在丁肇中透露的消息，只能说探测到暗物质湮灭的信号的可能性比较大，但他没有说这些信号来自暗物质还是脉冲星，“如果丁肇中团队的发现被确认，这肯定是这几十年来的重要科学发现。”

　　丁肇中（Samuel Chao Chung Ting ）（1936年1月27日－），美国实验物理学家。汉族，祖籍山东省日照市涛雒镇，华裔美国籍，现任美国麻省理工学院教授。上世纪70年代，丁肇中发现一种新的基本粒子，并将新粒子命名为“J粒子”，这个科研成果获得1976年诺贝尔物理学奖。

　　数百年来，人类观测宇宙主要是借助望远镜搜集远方传来的光，但宇宙中绝大部分物质是暗物质，暗物质不发光，要了解它就得另辟蹊径。除了光子，宇宙中飞行着大量高能粒子（即“宇宙射线”），与光子不同，这些粒子带电、有质量，穿透大气层时很容易发生反应，变成次生粒子，其种类、性质等都发生变化。要直接从宇宙射线中搜集原始的信息，就必须避开大气层。阿尔法磁谱仪（AMS）就是一台直接在太空中运行的高能粒子探测器，它安装在国际空间站上。

　　阿尔法磁谱仪目的是寻找宇宙中的反物质和暗物质。2011年5月“阿尔法磁谱仪02”由美国“奋进”号航天飞机搭载至国际空间站长期运行。

　　丁肇中表示，“主要任务是收集数据，因为（国际）空间站每90分钟绕地球一次，可能要飞行20年，今后20年都是收集数据，因为从来没有人做过这种实验，这是第一次把一个如此精密的仪器放到太空，所以很难探测将来有怎样的发现。”

　　AMS是目前灵敏度最高，也是最复杂、最昂贵的一台暗物质探测设备，代表了当今科学实验的最高技术手段，由16个国家和地区的600余名科学家历时近18年完成，耗资21亿美元。在太空运行的第一年，AMS已经收集了160亿个宇宙线数据，远远超过了上个世纪收集到的宇宙射线数据的总和。

　　暗物质是指一种用人眼看不到的物质，但可以通过引力效应感受到。现有物理学理论认为，人类目前所认知的物质世界大概只占宇宙的4%。在这之外，暗物质占了宇宙的23%，还有73%是暗能量。

　　目前，寻找暗物质粒子、研究暗能量的物理本质、探索宇宙起源及演化的奥秘、结合粒子物理和宇宙学的研究已成为21世纪天文学和物理学发展的一个重要趋势。诺贝尔物理学奖获得者李政道教授曾多次指出：“暗物质是笼罩20世纪末和21世纪初现代物理学的最大乌云，它将预示着物理学的又一次革命。”

由諾貝爾獎得主、中研院院士丁肇中領軍，尋找「暗物質是否存在」的跨國大型科學計畫AMS（阿爾發磁譜儀計畫），在瑞士歐洲核子研究組織發表最新研究成果，指暗物質的存在已更趨明朗。

「物理偵探」丁肇中指出，團隊這次發現，在太空中蒐集到的「正子」（即電子的反物質）在處於不同能量時，竟然有完全不同的表現，讓他覺得「奇怪，相當奇怪！」這暗示正子產生的源頭有兩個，其中一個是平常的宇宙射線，而另一個很可能就是暗物質。

AMS計畫將超大型磁鐵送上太空站，在太空捕捉、偵測宇宙粒子，以推測暗物質是否存在。這個七公噸重的儀器自三年前上太空後，已經蒐集並分析超過410億粒子事件，昨是第二次發表觀測結果。

在台灣參與該計畫的中央大學物理系教授張元翰指出，這次最重大的發現就是「正子在不同能量下的怪異表現」。正常來說，一般的粒子不管在什麼能量下，表現出的特性都差不多，然而他們觀測到太空中的正子，在能量高達1000億電子伏特的情況下，卻表現出不同特性。

張元翰說，團隊推測產生這些怪異行為正子的成因有兩種，其中之一就是「藉由暗物質碰撞所產生」。

不過丁肇中對於新發現結果的分析相當嚴謹。張元翰說，丁肇中將分析團隊分成兩組、交叉比對，以確保得到的結果不是分析人員誤判，且天天跟研究人員反覆討論、檢視資料，要求務必精準。

張元翰說，雖然這次得到的數據還不夠，不能直接斷論他們觀測到的就是暗物質存在的直接證據，但到目前為止，數據走向和暗物質模型都吻合，讓科學家相當振奮，期待越來越多的數據點，能讓他們更加接近真相。

這次研究成果於發表在國際著名期刊「物理評論快訊」（Physical Review Letters）。