Physics 版 (精华区)

发信人: pumpkin (pumpkin), 信区: Physics
标  题: 无形的物质有形的研究：英国的暗物质实验中心 
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年05月09日11:02:45 星期五), 站内信件

4月28日，在英国北约克郡博尔比地区一个350米深的地下矿井中，英国粒子物理与天文学
研究理事会投资3100万英镑建造的暗物质实验中心正式启动。英国科学部长塞恩斯伯里勋
爵参加了启动仪式。 
　　自20世纪30年代以来，科学家在对星系运动方式的研究中发现，星系中蕴藏着大量非
星系内部引力，这说明，人们能看到的恒星和星系，只是宇宙物质中很小的一部分。计算
表明，恒星、星系等只占宇宙物质的1％，其它可见物质约占宇宙物质的5％，其余90％以
上的宇宙物质，都是由暗物质组成的。 
　　暗物质不发光，看不见、摸不着，科学家至今仍未探测到它们的踪迹，也没人知道它
们到底是什么。 
　　负责此项研究的英国谢菲尔德大学物理教授尼尔·斯普纳说，大量间接证据表明，宇
宙中确实存在着暗物质。—种理论认为，暗物质是由弱相互作用大质量粒子（Wimp）构成
的。计算机模拟显示，如果缺少了这部分物质，就无法构成现实的宇宙。但由于暗物质本
身的特性，要直接找到它们极为困难。证实暗物质存在的最有效方法，就是找到弱相互作
用大质量粒子。 
　　弱相互作用大质量粒子，是宇宙大爆炸时产生的一种亚原子粒子。在粒子物理中，这
种粒子的重要性仅次于希格斯玻色子。它是揭开暗物质和宇宙本质的关键，找到它就可以
弄清物质为什么有质量等一些根本的物理学问题。目前，美、英、法、意等国科学家在寻
找弱相互作用大质量粒子领域正在进行着一场国际竞赛。据称，谁先发现了这种粒子，谁
就有可能获得诺贝尔奖。 
　　然而，事实证明，寻找这种神秘莫测的粒子绝非易事。多年来，尽管科学家付出了很
大努力，却仍然进展不大，没有取得实质性突破。此前，意大利的一个科研小组曾声称发
现了弱相互作用大质量粒子。他们的研究当时引起了争议，后经英、法两国科学家验证，
这一发现不能成立。 
　　科学家称，宇宙中虽然存在大量弱相互作用大质量粒子，但由于它们从不直接显露踪
迹，只是偶尔撞到其它原子核时，才会出现反弹现象。所以，寻找它们也不能直接去找，
而必须借助其它粒子。这就如同用一个看不见的台球主球去打其它球，虽然主球本身看不
见，但当它击中别的球时，人们仍能从被击球的运动轨迹及其状态来判定主球的存在。博
尔比地下实验室的工作原理与此类似，只是弱相互作用大质量粒子要撞击的不是台球，而
是特意安排好的其它原子而已。 
　　目前，在该实验室安装的两台先进探测器中，均装有液态氙或二硫化碳气体。当来自
宇宙的弱相互作用大质量粒子击中探测器中的液态氙或二硫化碳原子核时，会发出特有的
闪光，通过分析这些闪光，科学家就可发现它们的痕迹。其中一台探测器还能判断粒子运
动的方向，以便帮助科学家弄清宇宙中大部分的暗物质都集中在哪里。 
　　将实验室建在很深的地下，主要是为了排除来自宇宙的干扰。在自然界中，弱相互作
用大质量粒子与其它物质原子核相撞的几率很小，任何进入探测器的其它宇宙射线，都会
严重影响实验效果。从这一点来讲，选择在深深的矿井中建实验室是再合适不过了，因为
厚厚的岩层不仅可以起屏蔽宇宙射线的作用，而且盐岩的背景辐射很低，本身不会影响实
验效果。据称，为了尽快揭开暗物质神秘的面纱，今年晚些时候，英国还将在该实验室安
装更先进的探测装置。 
　　斯普纳教授表示，十多年来，英国在弱相互作用大质量粒子研究领域一直处于领先地
位。但在激烈的国际竞争中，要继续保持这一优势，必须要有先进的实验设备。如果这项
实验取得成功，将是人类科学史上最伟大的成就之一。当然，还有一种可能，就是这种粒
子根本不存在，如果这样，现在的一些基本理论就要重新改写。但许多间接证据显示，弱
相互作用大质量粒子是存在的。他相信，如果人们关于这种粒子的理论是正确的，他们就
有可能在5年内发现它。 
　　 

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