最新太空实验发现：暗物质可能会“自我毁灭”

暗物质看不见,还能自毁？...

作者：Matt Williams

来源：Universetoday

责编：高明

审校：郑永春

自从二十世纪六十年代提出宇宙存在“缺失的质量”以来，科学家们就一直在寻找暗物质存在的证据。这个神秘的不可见的物质，理论上占宇宙中可见物质质量的26.8%。尽管进行了五十多年的研究与探索，科学家们却并未找到 “缺失的质量”任何直接的证据。

然而，最近“物理评论快报”上发表的两篇新论文研究显示，归功于国际空间站的实验，我们可能已经首次窥见了暗物质的真容。被称为阿尔法磁谱仪（AMS-02）的人类最先进的粒子物理检测器，自2011年以来一直在进行宇宙射线的纪录工作，而其中一些射线经理论分析，是由湮灭的暗物质粒子产生的。

目前工作的AMS-02像其前身AMS一样，是由来自16个国家的56个机构组成的国际团队合作的成果，由美国能源部资助并由约翰逊航天中心的AMS项目办公室监制，于2011年5月16日由奋进号航天飞机发射升空，交付国际空间站使用。

表面上看，AMS-02旨在用于监测宇宙射线，监视有多少反质子进入地球。但相关的两个科学小组也参考了它收集的数据来测试有关暗物质的理论。大质量弱相互作用粒子（Weakly Interacting Massive Particles，WIMP）理论认为，这些反质子是由WIMP构成，质子和反质子是WIMP碰撞的产生的结果。于是，这两个科学团队（他们彼此独立工作）通过监测与AMS-02相互作用的反质子的数量，希望推断出，检测到的任何反质子是否可能由WIMP的碰撞所引起。然而困难在于，这种碰撞的迹象是怎样的，因为宇宙射线有许多来源，并且WIMP的属性也没有被完全定义。

于是两个团队设计了数学模型来预测宇宙射线背景，从而隔离出AMS-02检测到的反质子数量。他们进一步加入了对WIMP的预期质量的微调估计，直到符合AMS-02的数据。 其中，由Alessandro Cuoco领导的由理论粒子物理与宇宙学研究所的研究人员组成的团队，使用计算机模拟，基于两种情况检查了AMS-02数据，一种是包含暗物质的，另一种则没有，研究表明，WIMP碰撞产生的反质子的存在更好地适应了数据，而且它们还能够将暗物质的质量约束到约80GeV（约为单个质子或反质子质量的85倍）。该团队在所发表的文章中指出：

“AMS-02实验对CR反质子的精确测量，使我们获得了DM信号前所未有的灵敏度，比对矮星系伽马射线观测的极限强4倍，此外，我们还发现，反质子流的DM信号与银河中心伽马射线过剩的DM解释相兼容。”



根据超对称性，被称为WIMP的暗物质颗粒相互湮灭，产生了一系列粒子和辐射（图片来源：skyandtelescope.com）

另一支由南京大学崔明阳领导的团队由中国科学院、南京大学和中国科技大学的研究人员组成，该团队通过使用之前通过硼碳比和原子质量测量得到的数据，估计了宇宙射线的背景参数。这种硼衰变为碳的衰变率测量，能够标度硼分子在空间中运动的距离。在这种情况下，它们可与质子测量结合以确定宇宙射线的背景水平。该团队将这些数据并入贝叶斯分析框架（即用于确定概率的统计模型），以确定有多少反质子归因于WIMP的碰撞。正如其的文章中指出的那样，研究结果是令人振奋的，其给出的估计与Cuoco团队非常类似，暗物质粒子的剩余质量是20-80GeV。此外，两个科学团队在对暗物质的横截面进行测量时也给出了类似的估计——即基于密度的暗物质分布发生碰撞的可能性。例如，Cuoco团队获得的横截面估计为3×10-26/cm3，而崔明阳团队得出的估计值为0.2 - 5×10-26/cm3。

两个独立运作的科学团队却得出了非常相似的结论，这一切非常令人鼓舞。虽然这不是暗物质的明确证明，但它确实是朝着正确方向迈出的一步。乐观地说，这表明我们越来越接近于绘制出一幅有关暗物质的详细图像。但同时，两个团队也认为，进一步的工作是必要的。 Cuoco团队写道：“对信号的确认需要更准确地研究系统的不确定性，即针对反质子产生的横截面以及太阳调制效应的建模。”

科学家们试图通过过去的宇宙射线来寻找暗物质存在的证据，这让拥有高精度的AMS-02有了脱颖而出的机会。截至本文发稿时，AMS-02已经测量了超过100, 523, 550, 000个粒子！

往期经典：

▷土星上有土吗？

▷其他岩石行星形成时，火星可能还没有出现

▷未来探索土卫六泰坦最有效的方式

▷有一群中国人建造了一个“月宫”，在地球体验月球生活

▷ 真实还是虚构 | 梵高星星的秘密

▷实用指南｜如何在海拔三万英尺与美丽星空不期而遇

▷走近仙女座：大星云小幸运

▷星座课堂：震惊！面对救命白羊，他竟做出这种事情……

▷美军即将选出XS-1空天飞机的制造商





：

    关注 太空联盟