暗物质和暗能量21世纪初物理学天空的两朵乌云

科技日报记者 陆成宽

“像20世纪初相同，21世纪初的物理学天空也存在两朵乌云，它们是暗物质和暗能量。”

10月31日，我国科学院院士、我国科学院高能物理研究所原所长陈和生在2019年世界暗物质日北京地区活动上如此慨叹。

活动现场相片。

1687年，牛顿在《自然哲学的数学原理》中提出了物质间的万有引力定律。200多年后，爱因斯坦于1916年宣布了广义相对论，把牛顿的引力理论推行到适用高速运动的物体。牛顿和爱因斯坦的引力理论一向被人们奉为圭臬。

“可是，上世纪20年代起，越来越多的地理观测标明，在星系到世界的规范存在一些与牛顿和爱因斯坦的引力理论不一致的现象。”陈和生说道。

地理学家观测到旋涡星系的旋转曲线并没有按引力理论预言的那样，在星系的发光区域以外敏捷下降，而是陡峭的延伸。在银河系一切的星球都绕银心滚动，依据牛顿的万有引力，太阳滚动的速度和银河系的质量以及太阳离银心的间隔直接相关，能够推出太阳的滚动速度为170千米/秒，可是实践丈量的成果却是220千米/秒-250千米/秒。

终究是什么致使引力理论失灵了呢？世界中还存在咱们不知道的奥秘魅影？为了解说这种现象，科学家揣度旋涡星系里必定有咱们看不见的暗物质。

还有许多其他的地理观测依据也标明有暗物质存在。世界微波布景辐射观测试验的成果给出了暗物质在世界物质总量的份额。在世界中，一般物质只占4.9%，暗物质占到26.8%，暗能量占到68.3%。

“这个成果是适当惊人的。粒子物理的基本理论‘规范模型‘正确地解说了简直一切的试验现象，20世纪60年代以来，获得了18次诺贝尔物理学奖。但这个成功的理论只能解说世界中不到5%的物质，而对剩余的95%一窍不通，咱们成了坐井观天。”陈和生说。

那么，咱们一窍不通的暗物质究竟是什么？

物理学家还不知道。他们猜想，暗物质是一种具有弱彼此作用的重粒子，它比氢原子要重几百倍乃至几千倍。

关于这种既看不见也摸不着的暗物质，科学家们正在尽力寻觅它们。

“暗物质寻觅是近三十年世界粒子物理试验的热门之一，首要经过三类试验来寻觅暗物质粒子。”陈和生说。

榜首品种试验是“对撞”。在超高能对撞机上发作暗物质候选粒子，在欧洲的大型强子对撞机上有许多科学家从事这样的作业，其间包含许多来自我国科研院所和高校的科学家。

“对撞”仅仅一种寻觅暗物质的办法，科学家还在“上天”“入地”寻觅暗物质。

“悟空”号卫星

所谓“上天”，便是在外层空间直接勘探暗物质，暗物质粒子可能会湮灭，发作一般物质对，如正负电子对。能够经过丈量世界线正电子来寻觅暗物质，比方华人诺奖获得者丁肇中先生领导的阿尔法磁谱仪试验；也能够经过丈量世界线电子加正电子来寻觅暗物质，比方我国的“悟空”卫星试验。

而“入地”寻觅暗物质，则是经过深地试验直接勘探暗物质粒子。暗物质粒子可能与一般物质发作概率极微小的磕碰，并把本来停止的原子撞得“飞起来”。撞“飞起来”的原子就能够被调查到了，这便是直接勘探。陈和生把这种勘探办法比作“刻舟求剑”，暗物质粒子是兔子，一般物质的原子便是株。

实践上，即使这三类试验之一发现了暗物质的候选粒子，承认它便是世界中的暗物质也是一项极为艰巨的使命。陈和生着重，三种试验或至少两种，有必要彼此验证，才干承认这种粒子的存在，这需求理论和试验物理学家以及地理学家密切合作，共同尽力。

来历：科技日报 活动相片由本文作者供给 其他图片均来自网络

修改：陈可轩（实习）

审阅：管晶晶