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揭秘英国地下800米处暗物质搜寻实验室(图)(2)

http://www.sina.com.cn  2011年01月25日 07:56  新浪科技
进气系统,确保超纯氙气供应进气系统,确保超纯氙气供应
研究小组在临时餐室暂作停留,而后穿上工作服进入实验室研究小组在临时餐室暂作停留,而后穿上工作服进入实验室
矿用卡车搭载液态氮,开往实验室矿用卡车搭载液态氮,开往实验室

  可能一无所获

  在科学界,寻找暗物质是众多物理学家为之奋斗的目标,发现者的名字将被永远载入史册,与牛顿和爱因斯坦齐名。但令人感到备受挫折的是,这种物质非常神秘,参与这一项目的科学家中没有一个人确切知道暗物质是否真实存在。

  欧洲核子研究组织耗资60亿英镑(约合96亿美元)的大型强子对撞机座落于瑞士,寻找暗物质也是这一庞大项目的目标之一。此外,美国和欧洲的其他一系列项目也将寻找暗物质作为一个重要目标。英国此次寻找暗物质的努力一年的费用不到100万英镑(约合160万美元)。

  加利福尼亚州教授斯诺登·伊夫特从洛杉矶的西方学院飞到英国,进入地下实验室修理暗物质望远镜。他表示:“我真的不知道我正在寻找的这种粒子是否真实存在。我们可能只是白费心机,根本找不到暗物质。”

  如何成功发现暗物质呢?ZEPLIN-III项目负责人、伦敦帝国学院讲师亨里克·阿劳霍博士表示:“如果能够发现暗物质,我们将最终解答物理学上的一个重大疑问。”伊夫特教授脸上的笑容告诉我们,寻找暗物质的努力最终徒劳无功的可能性并不像他开玩笑时说的那么小。在他眼里,这是一个最令人兴奋的科学研究领域。对于此次寻找暗物质的尝试,公众最关心的莫过于结果——究竟是如愿以偿地发现暗物质还是发现其他物质。

  他说:“在发明荧光灯之前,没有人知道发现等离子体发出的光线意味着什么。在创立量子力学理论时,科学家最初认为这是一项完全无用的理论。但突然间,他们发现全世界的每一台电脑都立基于这一理论。”在这个地下实验室,伊夫特用外行人能够听得懂的话解释寻找暗物质的重要性。他说:“虽然发现这种物质的可能性很小,但发现的意义非常重大,要知道,暗物质在宇宙质量中的比重高达85%。”

  质量失踪问题

  我们已经知道其他15%由什么物质构成。我们的身体、我们的家、我们的行星,所有我们能够看到和触摸到的一切都由普通物质构成。物质是引力之源,由原子构成,电子绕着原子核运动,产生一个电磁场。在浩瀚的宇宙,在恒星之间漆黑一片的空间,可能还存在另一种物质——暗物质。不仅仅在太空,地球上也可能存在暗物质,虽然数量较少,在阅读这段文字时,每秒将有100万暗物质粒子穿过你的小指。之所以被称之为暗物质是因为这种物质不会发射光线同时也不可见。暗物质没有电磁场,这也就意味着几乎无法借助任何常规科学测量设备探测到它们的存在。

  我们何时发现可能存在暗物质?直到上世纪30年代,还没有人得出这一发现。1933年,加州理工学院的瑞士天文学家弗里兹·扎维奇提出了一项非常引人注目的暗物质存在理论。但几十年来,很少有科学家相信暗物质存在的可能性。

  扎维奇提出的谜题必须通过研究星系质量加以解答。星系质量计算通常采用两种方式,一种是测量星系的旋转速度,星系旋转速度越快,所拥有的质量越大;另一种是根据星系的亮度进行估计,也就是估计星系的恒星数量。在对后发座星系团进行研究时,扎维奇发现了奇怪的现象。他利用维里定理计算后发座星系团的真实质量,所得出的质量却是视觉观测下的大约400倍。这种现象被称之为“质量失踪问题”。

  什么物质导致如此巨大的差异?答案可能就是暗物质。直到上世纪70年代,扎维奇的理论才得到证实。当时,年轻的美国天文学家维拉·鲁宾利用其对螺旋星系旋转速度的观测数据得出同样的结论。我们能够观察到的星系区域——明亮区——所拥有的质量似乎只占星系总质量很少的一部分,余下的质量一定存在于我们无法观察到的暗区。

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