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81岁丁肇中的最新发现或证实「反物质世界」的存在,寻找宇宙丢失的另一半,但质疑声也不绝于耳

DeepTech深科技  · 公众号  · 科技媒体  · 2017-04-20 17:34

正文



“宇宙起源于大约 137 亿年前一次大爆炸”,这个理论已经获得了大量的证据支持。该理论认为,  大爆炸之前没有物质, 因此大爆炸以后物质与反物质的数量应该一样多。


可人类面临的现实情况是,物质世界产生了,反物质世界却迟迟没有现身。而这次,丁肇中似乎探寻到了反物质世界的蛛丝马迹。


4 月 19 日,《Science》发表文章指出,对丁肇中而言,寻找反物质并非什么新闻,然而,最近在欧洲核子中心,而同样在2 月 16 日,在其工作了近 50 年麻省理工学院的一次对话中,丁肇中表示,阿尔发磁谱仪(AMS)可能捕获了一个 质量更大而且更加奇特的反物质——反氦3 尽管反氦3可以在地面实验室中制备出来(保存时间非常短暂),但这种由两个反质子和一个反中子构成的反物质还是首次在太空中被发现。



20 多年前,丁肇中说服基金会投资 15 亿美元建造了阿尔法磁谱仪(AMS)。2011 年,NASA 将这一 8.5 吨的磁铁运送到太空并与国际空间站(ISS)对接。这次,它再次受到世界瞩目。如同丁肇中报告结尾所说,AMS 终于实现了其设计初衷。


AMS 实验是美国、中国 、俄罗斯、芬兰、法国、德国、意大利、瑞士等国首次在空间领域的合作。作为为数不多的获诺奖后依然活跃在科学前沿的科学家之一,丁肇中在这个探寻反物质的科学征程中投入了极大精力。启动后的很长一段时间里,AMS 实验充满曲折和变数,之所以能走到今天,离不开科学家们的坚持和实验本身的说服力。


到现在为止,约有 900 亿个粒子飞进了 AMS 磁铁的“大嘴”。AMS 测量了这些粒子的质量和电荷。它们几乎全是质子和氦核子,还伴有少量的电子、碳核子、氧原子和铁原子。其中,还有少量比较珍贵的发现:反质子和正电子,分别是质子和电子的反物质。


对于丁肇中来说,这些反物质是星系中存在暗物质的证据,暗物质在星系中产生额外的重力。但其他反对者却不这么认为,他们觉得这些反物质只不过是星系中某些司空见惯的事件的副产物而已。



美国能源部 AMS 的项目管理人、物理学家Michael Salamon表示: 这个发现(反氦3)非常惊人的。 ”Salaman在休假时得知了这一消息。出乎人们意料的是,丁肇中表示他并不想立即发表文章或与理论物理学家讨论该现象。


他想确认这个发现的可信度 Salaman告诉《Science》。因为,在自然界中检测到反氦的存在足以震动整个宇宙学。一旦该结果被确认,那将证明了 大爆炸之后反物质源的存在 而且意味着标准模型之外的粒子存在相互作用。 这对于在今年 1 月步入 81 岁的丁肇中来说,无疑是对其终生事业的有力肯定和对反对者的最好回击。


宇宙线中的带电粒子无法在地球上观测,而要分辨这些粒子的电荷符号, 就必须用磁铁来探测。在 1994 年,丁肇中提出用磁谱仪 AMS 在空间中进行粒子捕获。也是从那时起,他受到了严厉的质疑。


有些人认为,这项由美国能源部和其他国家的机构所资助的项目,是政治运作的产物,并没有经过科学的审查,而且预言 AMS 的成绩将不会产生重要的科学价值。


反对者之一、密歇根大学天体物理学家Greg Tarlé表示,丁肇中的实验结果充其量只能是“给媒体看的物理”。


而丁肇中利用 AMS 取得的重要成果—— 围绕在星系中高能正电子的数目要远多于预期 ——也并没有平息反对者的质疑。


反对者表示,这种正电子远高于预期的现象是由欧洲卫星发现的,AMS只是进行了确认,而且这一发现产生数百篇基于理论假设暗物质的论文和模型。这些粒子两两湮灭可以生成窄能带的电子——正电子数量对半的混合物,其中电子将会淹没到宇宙中无数的电子中,稀有的正电子则会凸显出来。


丁肇中则认为,存在 1TeV 质能的暗物质是对该现象的最佳解释,尽管这个质能仅相当于一只正在飞行的蚊子。其他的研究者则更倾向于用更为熟悉的天体物理源来解释这个发现。


近年来大量涌出的暗物质模型,包含丁肇中所提出的模型,“可能更多的是与团体运作以及他们写文章的数量有关,而不是与科学相关”,来自俄亥俄州立大学的天体物理学家Tim Linden表示。他和部分研究者认为,银河系就像一个被脉冲星和超新星搅得一团乱的实验台,脉冲星或是超新星将质子加速到非常高的能量后再将其送出去撞击低温气体,都会产生AMS探测到的反物质。







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