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什么是暗物质?科学家们为何选择在深地仰望星空?

发布时间:2023-12-13人气:15

在中国锦屏地下实验室锦屏大设施,清华大学、上海交通大学等10个实验项目组已正式入驻。他们将开展一系列科学实验,其中包括暗物质探测。那么,什么是暗物质?为什么科学家们选择在深地仰望星空进行研究呢?

“仰观宇宙之大,俯察品类之盛”。在广阔的宇宙中,无论是一粒尘埃还是山川湖海、日月星辰,都是可见物质。世界上是否真的只存在我们可以看到和观测到的物质呢?

上世纪三十年代,瑞士的天文学家弗里茨·兹威基通过大量天文学观测和推导,根据一些星系运动的异常行为,首次提出了暗物质的假设。“所谓暗物质,是指人类无论如何都看不到、摸不到,或者使用天文望远镜和电磁学方法都无法捕捉到的物质。暗物质既像鬼魂一样穿过一切,又像隐形人一样不对人类使用的工具产生任何反应。“上海交通大学教授、实验发言人刘江说。对于大多数人来说,暗物质这个概念可能比较陌生,但是科学家们推测,可见物质只占宇宙总质量的5%左右,其余95%的质量都由暗物质和暗能量构成。

在中国锦屏地下实验室内,展示了科普资料,这让我们更好地了解了暗物质和暗能量。科学家们把暗物质和暗能量比作“笼罩在21世纪物理学天空中的两朵乌云”,这两者的存在是难以用现有理论解释的。我们对于宇宙中95%的东西还摸不着头脑,这种好奇心驱使我们去了解未知领域,认识世界。正如清华大学工程物理系教授、CDEX暗物质实验负责人岳骞所说:暗物质研究是突破当前认知边界、打开人类视野的新的研究,属于开拓性的前沿研究,也是当前粒子物理学、宇宙学、天文物理学等学科前沿的研究课题。

要想直接观测到暗物质,是非常艰难的。因为暗物质与普通物质之间相互作用的概率非常之低。一个形象的比喻是:经过实际计算,每秒大约有10亿个暗物质颗粒穿过我们的身体,但大部分都是“穿身而过”的,暗物质颗粒与我们身体中的原子发生相互作用的次数非常少,大约只会发生一次碰撞,甚至更少。宇宙中无处不在的射线也会对探测产生极大的干扰,从而让本就艰难的探测更加困难。

为了探测暗物质,必须建造一座能够阻挡宇宙射线、辐射背景极低的“纯净”实验室。

锦屏地下实验室位于四川省凉山彝族自治州锦屏山地下2400米处,总容积达到33万立方米,该实验室宇宙线通量只有地表宇宙线通量的一亿分之一,同时具有“极低环境氡析出”、“极低环境辐射”、“超低宇宙线通量”、“超洁净空间”等多种优势,为开展暗物质探测提供了绝佳的实验环境。

2010年,锦屏地下实验室一期建成并投入使用,清华大学CDEX实验组和上海交通大学PandaX实验组首批入驻,开始进行暗物质直接探测实验。自一期投运以来,锦屏地下实验室已经在暗物质探测、核天体物理等领域取得了多项国际**的科研成果。

研究人员在中国锦屏地下实验室进行相关实验。新华社发

“我国暗物质研究经过十多年的努力从无到有,从‘跟跑’到‘并跑’再到逐步‘领跑’,已经达到国际前沿。接下来,我们将与外国科学家一起挑战面临的同一科学问题——在寻找暗物质的道路上,看看谁能*先找到暗物质。”岳骞说道。

暗物质研究对人类社会都有什么意义?我们的生活会因此而改变吗?“100多年前我们已经探测到了电磁波,但当时我们从未想过它会与我们的生活息息相关,现在我们人手一部手机,完全离不开无线电的具体应用。”岳骞认为,暗物质也是如此,首先必须找到暗物质,然后对它进行深入研究,*终自然而然地想到如何利用它造福社会。

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