暗物質之謎或將破解：AMS發現40萬正電子

孤寂如雲

2011年，奮進號航天飛機攜帶著阿爾法磁譜儀（AMS-02）抵達空間站，這儀器將揭開暗物質粒子的神秘面紗（圖片：NASA）

阿爾法磁譜儀（AMS-02）造價高達20億美元，探測暗物質粒子計劃由來自16個國家56所科研機構參與（圖片：NASA）

美國東部時間4月3日下午1：30分，科學家發布了一個關於AMS最新發現的公告，第一批數據證實了大約40萬個正電子的信息，其可能來自暗物質粒子湮滅。安裝在國際空間站上的阿爾法磁譜儀（AMS-02）已經檢測到暗物質湮滅的“痕跡”。早在2011年5月，NASA奮進號航天飛機將阿爾法磁譜儀運送至ISS，這次飛行也是奮進號的最後一次執行任務，阿爾法磁譜儀抵達空間站後開始檢測到深空電子和正電子的信號，並試圖探測它們的能量。

AMS也被稱為反物質磁譜儀，配備了超導磁鐵和超高精度探測器，主要目的是探測宇宙中的反物質和暗物質，第一台AMS-01在1998年進入軌道。科學家認為目前阿爾法磁譜儀探測到的數據已經打開了一個全新世界的大門，這台價值20億美元的儀器將揭開宇宙中的暗物質之謎，初步估計幾個月內將公布重大的發現。宇宙的暗物質被認為只產生引力效應，不參與電磁力作用，我們目前可見的宇宙物質僅為4%，暗物質則占了23%，其余的為暗能量。暗物質的充斥著整個宇宙空間，將星系包圍，科學家已經察覺到暗物質的存在，但是從來沒直接觀測到它的存在。

現有理論表明，暗物質粒子可能是大質量弱相互作用粒子（WIMPs），擁有自身的反粒子，當兩個WIMP粒子碰撞則發生湮滅，該機制將產生電子和正電子，為了證明WIMP粒子碰撞湮滅確實會發生，物理學家們認為正電子需要一個“能量標簽”。0.5 GeV至250 GeV的正電子能量已經被AMS探測器所記錄到，該儀器也是目前軌道上最大的反物質粒子探測器。歐洲核子研究中心記錄到的10 GeV至250 GeV的能量範圍與理論相符合，同時也發現了正電子來自宇宙的各個方向上，由此認為暗物質呈彌散分布於整個宇宙中。

目前的阿爾法磁譜儀（AMS-02）探測結果已經看到暗物質粒子的線索，歐核中心的公告也提到阿爾法磁譜儀國際研究小組首席為科學家丁肇中，他認為AMS探測到大量的正電子信息，清楚表明了該探測器的具有相當高的精度。歐空局科學家稱探測暗物質粒子實驗就像我們在一個黑暗的房間裏點燃一把火炬，僅能看到火炬照亮的部分，而暗物質不反射光線，但這並不意味著“黑暗空間”中的暗物質不存在。

在過去的18個月內，ISS上的宇宙射線記錄儀發現了可能是第一個暗物質物理痕跡，即大量出現的正電子“湧浪”，科學家認為這是由於暗物質湮滅導致了正電子的大量增加，傳統意義上的暗物質探測主要是通過暗物質湮滅或者相互作用現象來發現，比如兩個暗物質湮滅後也會釋放伽馬射線等。針對暗物質粒子湮滅釋放正負電子對的解釋，意大利物質學家馬約拉納曾提出了一種波動方程，用於說明暗物質可能是馬約拉納粒子。

作為歐洲核子研究中心巨型AMS粒子探測器的首席科學家，丁肇中認為需要更多的數據進行研究，在未來幾個月內，AMS的數據將告訴我們這些突然出現的正電子信號是否與暗物質有關，或許它們是一些其他宇宙源產生的，比如脈沖星產生的輻射等。歐洲核子研究中心的物理學家波林加尼翁認為AMS 的精度可以揭開暗物質的面紗，如果發現暗物質直接證據，這將是一個了不起的成就，就像發現了新大陸，打開了另一個世界的大門。

當暗物質粒子通過AMS-02時，儀器就會記錄下它們的速度、能量和方向等信息，這項研究涉及16個國家的56個科研機構。目前科學家收集到的數據顯示，AMS探測器收集到超過40萬個電子與它們對應的正電子信息，科學家正在研究通過AMS的正負電子流中，正電子占了多少比率，這項研究結果也暗示了一個新的現象，即大量出現的正電子可能有兩個來源，第一個是由暗物質粒子湮滅產生，第二是來自銀河系中脈沖星周圍形成的反物質粒子。除了在ISS上探測暗物質粒子外，科學家也在地下深處的實驗室尋找該粒子蹤跡，暗物質與暗能量被認為是當今物理學最重要謎團之一，AMS實驗或許僅僅是一個開始。

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