追踪宇宙冷暗物质

　　 宇宙中弥散着这样一种尚未被人类所认识的粒子，它能穿过人体几亿次而几乎不留下任何痕迹，如果这一发现属实，无疑是具有诺贝尔奖水平的。

　　宇宙是由各种物质组成的，有些我们看得见，有些我们看不见。宇宙中弥散着这样一种尚未被人类所认识的粒子，它是弱相互作用的，能穿过人体几亿次而几乎不留下任何痕迹，这种粒子就是冷暗物质粒子。由意大利和中国科学家组成的科研小组经过8年的攻关，最近公布了他们在位于阿尔卑斯山脉下一个岩层厚度达1000米的山洞里所做的实验结果：用100公斤放射性很低的碘化钠晶体阵列，经过600天的实验后，寻找到了这种粒子可能存在的初步证据，甚至还估计出这种粒子的质量大约是质子的50倍。

　　“一旦经过科学的重复证实这种弱作用粒子确实存在，将极大地支持超对称粒子模型和爆炸宇宙论。不管最终结果如何，这种新粒子对于粒子物理、天体物理及宇宙学的发展具有重大的科学意义，也会使人们对客观规律的认识大大向前推进一步。”在意中宇宙暗物质探测（DAMA）合作组中方首席科学家、中国科学院高能物理研究所研究员戴长江道出了这项实验的意义。美国南卡罗来纳大学物理学家弗兰克·阿维尼奥内则断言，如果这一发现属实，无疑是具有诺贝尔奖水平的。目前，美国、法国、日本、西班牙等国的科学家们也都在夜以继日地研究宇宙冷暗物质。

　　从原子物理到原子核物理，再到今天的粒子物理，物理学的日臻完善已经能够很好地解释诸多复杂的自然现象和物理规律。现在公认的宇宙学模型认为，宇宙大爆炸后经历了超高能、高能、低能过程，对应的物理规律也符合大统一、弱电统一和量子色动力学，宇宙大爆炸及其演化所产生的粒子则遵循这些规律。

　　然而，在宇宙中还可能存在着一些弱作用冷暗物质粒子，它们的形成及运动规律是现有粒子物理标准模型所不能解释的，于是科学家们又提出了超对称粒子物理模型。现代天文观测和爆炸宇宙论的研究表明，宇宙中的物质绝大多数是暗物质，而暗物质中大多数是由非重子冷暗物质粒子组成的，目前科学界普遍认为，这种冷暗物质粒子在宇宙中的含量超过20％。

　　据戴长江研究员介绍，现代的天文观测已获得宇宙中存在暗物质的初步证据，如宇宙螺旋星系中，星云旋转速度几乎不随星云盘径向的距离而改变，以及在星系空间气体辐射的X射线观测中发现的气体平均速度大于其逃逸速度等，但要确认暗物质的存在及特性，尚需进一步的观测数据及可靠证据。自1985年以来，宇宙中暗物质的研究已成为天体物理、粒子物理和宇宙学的交叉热点，其中对冷暗物质粒子———超对称粒子的观测研究是当今非加速器物理实验最热门的课题之一。

　　由于这种冷暗物质粒子具有弱作用的特性，因此要在实验室里记录和捕捉它极其困难。戴长江研究员介绍说，目前，科学界一般用两种方法来探测它。一是间接法，采用规模大、接收度高的地下大型中微子探测器或空间磁谱仪，通过探测正反超对称粒子湮灭所产生的次级粒子来确认，但此法由于中间过程多，待定参数也多，较难获得准确的观测结果；二是直接法，即直接探测超过对称粒子经过实验晶体阵列时留下的极其微弱的作用信号，此法由于超对称粒子与其它物质发生作用的概率很低，因此需要研制相当规模的高灵敏度的探测系统和开发相对应的实验技术与方法。

　　据了解，目前意中DAMA组已将用于记录超对称粒子弱作用的碘化钠晶体阵列由100公斤扩大到250公斤，仍由两国科学家合作，继续日夜不停地观测。我国已成立了由来自中国科学院高能物理研究所、清华大学、中国原子能研究院等9家单位的近30名专家组成的科研队伍，准备进一步观测研究，“如果进展顺利，估计5年内我们会拿出一个确切的结果来”。戴长江研究员说。