寻找宇宙魅影 中国科学家渴望做出大贡献

新华社北京11月8日电(记者于飞)“修远还有很长的路要走，我会上下寻找。”中国科学院院士、粒子物理学家陈和生用2000多年前屈原的名言来描述科学家对宇宙本质的不懈探索，鼓励中国科学家和青年学生为探索和研究暗物质做出重大贡献。

在最近的国际“暗物质日”北京站活动中，陈和生院士指出，暗物质和暗能量是本世纪物理学面临的严峻挑战，这也意味着物理学正面临重大突破的历史机遇，需要理论物理学家和实验物理学家以及天文学家密切合作，共同解决世纪难题。

2015年12月17日，暗物质粒子探测卫星悟空从酒泉卫星发射中心发射升空。新华社记者于飞

陈和生说，越来越多的天文观测表明，在星系到宇宙的尺度上，有些现象与牛顿和爱因斯坦的引力理论不一致。例如，根据牛顿的万有引力公式，太阳在银河系中的旋转速度应该是170公里/秒，但实际的观测速度是220-250公里/秒。如果牛顿和爱因斯坦的引力理论是正确的，就不可避免地得出这样的结论:银河系周围有大量的球状晕，它们是由不可见的神秘物质形成的，可以产生引力。

他说几十年来，各种天文观测都支持暗物质的存在。宇宙微波背景辐射观测实验——威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)的观测结果给出了宇宙成分的比例:普通物质4.9%，暗物质26.8%，暗能量68.3%。

寻找宇宙的幻影

粒子物理学的“标准模型”正确地解释了几乎所有的实验现象，获得了18项诺贝尔物理学奖。“然而，暗物质和暗能量的存在对粒子物理学构成了最严重的挑战。标准模型只能解释宇宙中大约5%的物质，但对宇宙的95%却一无所知。”陈和生说，“这就像我们还在瞎摸井里的大象或青蛙一样。”

陈和生院士在中国科技馆举办的“国际暗物质日”上做科普报告。新华社记者于飞

科学家将暗物质和暗能量比作当前物理学天空中的“两朵乌云”。目前，科学家只知道暗物质没有电磁和强相互作用，有引力相互作用，应该有弱相互作用，应该在大爆炸中产生。然而，他们不知道暗物质是什么。最流行的理论猜想是一种弱相互作用的弱相互作用粒子。

陈和生说，在过去的30年里，寻找暗物质粒子一直是国际粒子物理领域的热门话题。科学家主要通过三种类型的实验进行研究:第一种是在超高能对撞机中产生暗物质候选粒子，如欧洲大型强子对撞机(LHC)；第二种是探测粒子的能谱(如高能光子、正电子、反质子等)。)由空间中暗物质粒子的湮灭产生。这些实验包括国际空间站上的阿尔法磁谱仪和中国暗物质粒子探测卫星悟空。第三种是直接探测，它测量暗物质粒子和探测器原子核碰撞产生的信号。因为这样的信号非常微弱，为了屏蔽宇宙射线的干扰，这样的实验是在地下深处进行的。

陈和生指出，即使三个实验中的任何一个发现了暗物质候选粒子，要确认它是暗物质也是一项极其困难的任务。三个实验或至少两个实验必须相互验证，以确认这些粒子的存在。

他猜测暗物质研究可能的突破包括:出现“21世纪的爱因斯坦”来指引方向和提出革命性的物理理论；天堂、地球和加速器这三种类型的实验证实了暗物质粒子超出了标准模型。更多的天文观测和宇宙学研究得出了不同的结论。

中国的贡献

在暗物质的国际前沿科学探索中，中国科学家希望取得巨大成就。

陈和生透露，中国科学家对大型磁体的发展做出了重要贡献，大型磁体是国际空间站AMS的核心部件。从1995年到1997年，电工程研究所、高能物理研究所和中国运载火箭技术研究所成功地设计和制造了AMS永磁系统和主要结构。AMS永磁体系统和主要结构通过了美国航天局的严格的空间环境模拟测试，并于1998年6月成为人类送入宇宙的第一个大型磁体。

清华大学领导的中国金平地下实验室CDEX实验组。新华社记者沈博涵

此外，中国科学院高能物理研究所研究员、粒子天体物理学家毕晓军也表示，在新世纪，中国将在探索“两暗一黑”(暗物质、暗能量和黑洞)方面展示自己的才华。例如，天空中有中国的黑洞探测卫星“颜回”和暗物质卫星“悟空”。在地下，中国科学家正在四川锦屏2400米的地下实验室进行直接暗物质探测实验。

清华大学副教授、中国金平地下实验室物理系系主任钱月表示，该实验室为中国暗物质的直接探测提供了独特、一流的国际实验环境，推动了中国暗物质直接探测从无到有、从“跟风”到“同舟共济”的国际化进程。“十三五”期间，金平地下实验室将建成世界上最深、最大的地下实验室，成为世界暗物质研究的“高地”。

陈和生说:“我希望中国物理学家能够为暗物质革命做出巨大贡献，这也是我们中国梦的一部分。”

国际“暗物质日”科普活动由“国际高能物理互联合作组织”发起。10月31日前后，在包括美国、英国、加拿大、法国、德国和中国在内的25个国家和地区举办了100多项活动。10月28日的上海站和11月5日的北京站由中国科学院高能物理研究所和上海交通大学粒子与核物理研究所联合主办。(据新华社客户报道)