在暗物质的“宝藏王国”寻找出入口

在国际空间站搭载的探测器接收了更多疑似暗物质的信号，从检测到的宇宙射线信号来看，它们可能来源于神秘的暗物质，粒子探测器搜索的成果在暗物质研究领域投射了光芒。物理学诺奖得主丁肇中教授带领的一支大型的国际科学团队，磁谱仪探测器（AMS）的管理和运行由科学团队负责，大约有600多名科学家参与其中，他们来自中国大陆、丹麦、芬兰、法国、德国、意大利、韩国、墨西哥、荷兰、葡萄牙、西班牙、瑞士、中国台湾和美国等国家。

自从AMS实验项目在19年前开始实施以来，科学团队二次公布了实验的成果。AMS探测器的组装在欧洲原子能中心（CERN）完成，欧洲航天局下属的荷兰欧洲空间研究与技术中心对探测器进行了调试。2011年5月16日，美国奋进号航天飞机把AMS探测器送上了国际空间站（ISS），AMS有强大的追踪太空粒子的功能，其中包括了质子、电子和反物质的正电子等，AMS有前所未有的精确性，通过绘制AMS的数据表格，科学家得到了各类宇宙射线粒子流量变动的曲线图。

阿尔法磁谱仪（AMS）国际科学合作团队近日在日内瓦公布了研究的成果，团队成员分析了搭载在国际空间站的磁谱仪接收的410亿个粒子数据，他们在欧洲原子能中心（CERN）举办的学术研讨会上发布了观测和分析数据的成果。丁肇中教授授权中国的合作大学发布团队的研究成果。新一期的《物理学评论通讯》杂志刊载了合作团队的研究结论。科学家在宇宙射线中检测到了过量的正电子，这为检验暗物质的存在性提出了洞见。

宇宙射线在太空中通常呈现离子束的形态，离子束内的粒子主要由质子和电子组成，其中包括在空间飞驰的其它类型的粒子，比如：正电子，它是电子的反物质态同伴，简而言之，电子和正电子的质量相同、电荷相反。有些正电子来源于宇宙射线的碰撞，但由宇宙射线碰撞产生的正电子只是反物质数量的极小部分。宇宙的反物质十分罕见，任何意义的过量反物质粒子可能被仪器记录下来，可能预示了某种正电子的源泉，科学合作团队在活力十足的宇宙射线中记录了过量正电子。

AMS项目团队分析了410亿个原始宇宙射线粒子的事件，其中的1000万个粒子事件出现了电子和正电子的信号，他们记录了过去没有发现的能量级，粒子的能级范围从0、5GeV到500GeV，从8GeV的能级开始，检测的正电子数量出现了显著增加，正电子的导入方向没有明显的偏好，它们来源于太空的各个方向，在能量达到275±32GeV时，正电子的数量停止了增加。

AMS科学团队的发言人塞缪尔·丁（丁肇中）教授解释说，物理学家进行了近半个世纪的宇宙射线实验，合作团队第一次得到了正电子数量的最大值，正电子数量在某一能级出现了转折，由上升变为下降的趋势，正电子占所有电子的比例在一定的水平时不再上升，宇宙射线的正电子和电子的数量随能量的上升而变化的趋势并不相等。AMS科学团队的实验成果似乎与暗物质的几项特征相符合，宇宙射线中的过量正电子似乎与暗物质有关，数据分析的结果与暗物质理论的描述相符合。

过量正电子的现象也许含有某种物理学的意义，在能量截止的转折点出现了正电子数量的下降，这一极为重要的现象好似一种指示器，过量的正电子可能表明了暗物质粒子相互湮灭的迹象，暗物质粒子在湮灭反应中生成了电子和正电子对。检测结果通过脉冲星之类的天体得以解释，通过普通宇宙射线的碰撞得以证实，但暗物质属性的理论模型和更高能级的粒子是其中的关键问题。在未来的几年，科学家将要判断过量正电子信号的来源，或者源于暗物质，或者源于宇宙射线。

欧洲原子能中心（CERN）理事长罗尔夫·霍耶尔解释说，在磁谱仪AMS和大型强子对撞机LHC探测成果的基础上，科学家将在过去从未有过的能级上检测正电子的来源。在粒子物理学成果激动人心的时代，两类大型的科学探测器取得了人类科学认知的最高水准，拓展了物理学探索的边界。通过AMS太空实验的结果发现，电子和正电子的流量在大约30GeV时出现了显著的差异，在20GeV到200GeV之间时尤其明显，正电子流量的变化率远高于电子流量的变化率，似乎说明过量的高能正电子不是来源于高能电子数量的损失。

正负电子数量的变化率出现了差异，这有助于科学家更好地理解宇宙射线中的正电子和电子的来源，它们可能是某种未知物体发出的信号。AMS合作团队的发言人丁肇中教授在CERN的研讨会上发布了一些有趣的检测结果，他们在近期将会发布检测结果的分析报告，一个有趣的检测结果显示，在高能的宽能级范围，电子和正电子的联合流量可用单一的常数项光谱指数描述，否定了之前在其它实验中推出的一个结论，即：有某种未知的结构体。过量的正电子是否源于暗物质粒子的相互作用，科学家的最终判断和结论有待未来多年的深入探索。

（编译：2014-9-23）