中国应加快空间探测暗物质研究

　　暗物质由什么组成，至今仍是未解之谜。针对着这片笼罩21世纪初现代物理学的最大“乌云”，专家认为——

　　“物理学正是一片晴空，但还笼罩着一片乌云。它将预示着物理学的又一次革命。”在近日召开的第361次香山科学会议上，中科院紫金山天文台研究员陆埮院士所指正是暗物质，它被认为是笼罩21世纪初现代物理学的最大乌云。

　　暗物质粒子探测有哪些重大理论和技术问题？我国进行空间探测的发展思路是什么？最可能的突破点在哪儿？

　　在这场主题为“空间探测暗物质粒子”的学术讨论会上，与会专家围绕暗物质粒子理论研究、暗物质空间分布与天文观测、暗物质粒子空间观测、高能电子和伽玛射线的空间观测技术等中心议题进行深入讨论。大家一致认为，现阶段是暗物质研究的黄金时期，我国应抓住机遇，尽快参与到暗物质空间探测的研究当中。

　　近年来观测表明，宇宙中22%左右是不发光的暗物质，74%左右是具有负压强的暗能量，而我们通常所观测到的普通物质仅仅占整个宇宙的4%左右。正是“暗”的一面，主宰了整个宇宙。

　　“宇宙早期好比一个超高能对撞机，这个对撞机撞出新的粒子并留下一些踪迹，而暗物质有可能就是经历了宇宙大爆炸后遗留下的产物。”中科院紫金山天文台研究员常进说，“暗物质这个概念，自上个世纪30年代第一次提出之后，随即得到了大量天文实验的证实，无论是星系、星系团还是整个宇宙的观测，人们都得到了暗物质存在的一致结论。”

　　但暗物质的本质是什么？究竟由什么粒子组成？仍然是个“世纪之谜”。

　　如何探测暗物质的本质？“目前的探测方法大致有加速器、地下直接法和空间间接法三种。”常进告诉记者，到空间通过观测暗物质粒子衰变或相互作用后产生的稳定粒子，如伽玛射线、电子和正电子、反质子等粒子来间接探测暗物质粒子，是一个重要方法。

　　常进解释说，根据目前的理论模型，暗物质粒子衰变或相互作用后可能会产生稳定的高能粒子。“尽管我们对暗物质的本质还不了解，如果我们能够精确测量这些粒子的能谱或分布特征，可能会发现暗物质粒子留下的‘证据’。那么，就可以推断其反过程。”

　　探测暗物质粒子，已经成为国际空间探测的热点。“世界各国都对暗物质研究投入了大量的人力、财力，学术研究有突破的苗头。”中科院紫金山天文台常务副台长杨戟研究员说，目前在天观测的欧洲PAMELA粒子探测器，费米(FERMI)太空望远镜，即将上天的AMS-02，计划中的CALET等大项目都是通过间接法来探测暗物质粒子。

　　“利用天文方法对暗物质在宇宙空间中的分布做出越来越精准的测量，这对帮助我们进一步理解暗物质的本质至关重要。”中科院理论物理所所长吴岳良院士认为，暗物质研究将从天文观测的大尺度宏观性质转向对暗物质本质的微观粒子性质的实验探测。为此，今后的10至20年将是暗物质本质探测的最重要和关键的时期。

　　陆埮告诉记者，2008年年底以来，一共有四个实验(ATIC，PAMELA，FERMI，HESS)观测高能电子或正电子能谱，尽管四个实验结果不完全一样，但都发现高能电子能谱与理论预计相比有反常。“尽管现在争论很大，但四个完全不同的探测器都发现高能电子反常，这对我们研究有很重要的物理意义。”

　　国际暗物质研究逐渐升温，中国也加入了新一轮探测暗物质的热潮中。我国主要借助国外探测器平台，探测器研制能力与国际最高水平相比还有很大差距。为此，常进表示，“我们需要新的探测器。然而目前，我国天文卫星还是空白。”

　　“在过去的20世纪，物理学的两个重大突破，量子力学和相对论，中国科学家没有太多的贡献。但是现在，在中国，天时、地利、人和，应该抓住这个好机遇，为本世纪暗物质、暗能量的探测作出贡献。”吴岳良说。

　　爱因斯坦曾经有句名言：“宇宙中最不可理解的事，是宇宙居然是可以理解的！”与会专家期待，在理解宇宙的学术力量中，未来会发出中国科学家的声音。

科技日报 陈磊