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作者:任霄鹏 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2008-7-10 16:49:59
理论学者争相解释中意科学家何以首次直接发现暗物质
 
今年4月,由意大利和中国科学家组成的研究小组宣称,他们首次直接“看”到了暗物质。尽管这是物理史上最富争议的研究之一,但他们的结论或许终究能够得到确证。
 
就在这短短的几个月里,已经有数篇理论研究论文预先发表到arXiv网站上,这些文章的作者提出了不同的解释,来说明为何中意小组能够先于竞争对手,首次直接发现暗物质。
 
就算暗物质能够与日常的分子和原子发生相互作用,这种作用也是极为罕见和微弱的。尽管科学家已经普遍认为,宇宙中82%的物质是由暗物质构成的,但迄今为止,科学家只能间接地“感知”暗物质,比如通过研究它对星系的引力作用。
 
一直以来,全世界的研究小组在激烈竞争,他们都希望自己能够首次直接探查到暗物质。4月16日,这个由Rita Bernabei领导的研究小组宣称,通过在意大利Gran Sasso 山底深处的DAMA/LIBRA(全称为Dark Matter/Large Sodium Iodide Bulk for Rare Processes)实验,他们直接找到了暗物质存在的证据。研究人员利用碘化钠受弱作用重粒子撞击时产生的闪光作为探测器,发现了暗物质粒子风刮过地球时的闪光变化。实际上,这是该小组继2000年后,第二次宣布这一发现(详见更多阅读)。
 
消息一出,立即引来了广泛的质疑。美国威斯康星大学麦迪逊分校的理论学家Kathryn Zurek说,“当时看来,他们与竞争对手的工作完全是矛盾的。”不过,经历3个月后,Zurek和其他一些理论学家已经开始寻思,为什么DAMA计划能够看到暗物质而那么多对手不行。
 
Zurek等人论文的核心,是一种DAMA宣称看到、而此前无人知晓的现象——“沟道效应”(channeling effect)。这意味着DAMA对轻粒子的敏感度比此前预想的要强得多。如果暗物质是由这些较轻的粒子构成的,那么理所应当只有DAMA能够观测到。
 
这些散布于arXiv中的论文所关注的另一个焦点,就是这些粒子到底是什么。Zurek在他的文章中猜想,这可能是一种超乎寻常的轻粒子——中性伴随子neutralinos(超对称性理论预言的中微子“搭档”)。
 
其他一些论文则把问题扯得更远。澳大利亚墨尔本大学的Robert Foot表示,这些粒子与他的“镜物质”(mirror matter)理论是调和的。该理论认为,与我们自身世界并行存在着一个隐藏的镜原子和镜分子世界。这种假设属于“隐藏区”模型('hidden-sector' models)理论的扩展,这些模型假定存在一系列奇异的隐藏粒子,它们相互之间发生作用,却与可见的宇宙没有联系。
 
值得一提的是,即将启动的欧洲大型强子对撞机(LHC)进行的γ射线实验就有望展现出“隐藏区”的冰山一角。美国加州大学尔湾分校的Jonathan Feng说,“如果这项解释是正确的,那么在接下来的6到12个月内它将得到强有力的证实。”
 
尽管领导DAMA计划的意大利国家核物理研究所物理学家Bernabei表示,“理论和现象学论文往往是很有用的”,但其他的实验者仍然存有疑虑。英国伦敦帝国理工学院的物理学家Timothy Sumner指出,一些规模较小的研究也试图利用碘化钠,但却没有看到“沟道效应”。同时,引入较轻粒子的理论解释也和最普遍接受的超对称理论不甚贴合。“我怀疑必须要获得更多额外的数据才能让整个学术界信服,”Sumner说。(科学网 任霄鹏/编译)
 
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