美国航天局最新数据证实宇宙存在过量反物质

    据美国《科学》杂志在线版近日报道，美国国家航空航天局(NASA)的费米伽马射线天文望远镜以最新数据证实了宇宙存在着过量的反物质。本次结果是在2008年PAMELA(反物质探测和轻核天体物理载荷)卫星捕捉的一次非同寻常的反物质信号的基础上完成的。天文学家评价称，其不啻为一项物理学领域的重要发现，亦是天文观测的一大壮举。

　　同时，因该结果背后的研究原理，亦有极大可能确认了此信号对于暗物质的意义，并将作为一个罕见的暗物质标志，进一步揭示暗物质的本质。目前，相关研究论文已递交到《物理评论快报》。

　　暗物质与反物质的“纠结”

　　2008年，意大利、德国、俄罗斯和瑞典等国科学家们的联合航天行动项目卫星PAMELA捕捉到了一次不同寻常的信号，那就是反物质粒子飞过太空留下的脉冲。该发现在当时引起巨大争议，因为，它被认为可能与暗物质的存在和直接证明息息相关。

　　这是反物质与暗物质之间复杂纠结的关系。

而为了寻找更加毫无疑问的证据，现在要依靠另一个探测器——由丁肇中领导、耗资22亿美元研制的“阿尔法磁谱仪2”(AMS-02)。这台被称为“科学的未来”的强大仪器已于今年5月发送到了国际空间站，其巨型磁铁将用于解析宇宙射线，探测正电子的过量和骤降，那是远比费米望远镜更高的能量探测范畴。

　　如芬克百纳所说，AMS-02将对这场神秘的暗物质与反物质谜案，作出“结案陈词”。

　　尽管，听起来都是很“黑暗神秘”那一系的，但暗物质可不是反物质。如今公认的原理是，暗物质占据了全部宇宙物质的85%，但人们却从未直接观测到过它(甚至不知它究竟是以粒子形式呈现还是处于人类尚未知晓的状态)；而反物质的世界与物质世界就像蝴蝶一对飞翼，只不过反物质这部分却一直“隐匿”。

　　因此，人们可以这样说：暗物质现在在宇宙中有很多，但我们却不知道它是什么；而反物质我们相对了解，可是现在的宇宙中却没有很多。

　　在这些微乎其微中，最早被人们发现的反物质就是正电子，而在所有反粒子中，最容易获得的也是正电子。

　　因此，尽管正电子信号可能具有各种生成来源，但目前最主要的候选源就是暗物质。如果这种奇异的粒子形式作为暗物质残骸遗迹的推测能被证实，这必然成为是一个极其难得的、不通过万有引力而看到的暗物质证据，或可通过它来揭示暗物质的存在与构成。

　　PAMELA和费米带来的激动

　　PAMELA负载卫星于2006年升空，科学目标就是试图发现正电子数量超过预期，证明其与暗物质的理论相吻合。

　　理论界普遍认为，两个暗物质粒子碰撞后湮灭，会产生普通的物质粒子，如电子和它的孪生兄弟正电子，而电子—正电子系统也最适合研究普通物质与反物质的结合。在碰撞湮灭过程中所释放出来的能量，可以根据爱因斯坦的质能方程算出E=mc2算出，即这些粒子的能量，基本上等于原来的暗物质粒子的质量乘以光速的平方。

　　当年，PAMELA卫星探测到正电子尖状物通过特定的能谱冲向大量电子时，物理学家们激动不已，但彼时还不能确定这就是暗物质粒子湮灭的证据，科学家们还必须排除产生这些正电子的其他可能——譬如脉冲星和中子星。

　　此次，美国斯坦福大学物理学家根据PAMELA卫星2008年的观测结果瞄准并校正那个正电子信号。他们利用的方法是，使用地球本身作为一个粒子过滤器，从而在只有电子或只有正电子通过地球磁场时去观察。

　　研究结果表明，正电子相对丰度上升至200亿至1000亿电子伏特，且可继续增强至2000亿电子伏特，这是人们首次发现的现象。而正电子信号作为暗物质的遗迹，弱相互作用粒子(WIMP)的质量将至少是质子的100倍，而NASA的费米望远镜得到的宇宙射线光谱数据，提供了计算弱相互作用粒子质量的可能。结论正在许多理论预测范围内，研究人员最终证实了PAMELA卫星的结果。

　　暗物质与反物质的未来

　　哈佛大学的物理学家道格·芬克百纳指出，尽管确认数据是否为暗物质的直接证据还言之尚早，但天文学家们震惊地发现，正电子信号会在更高的能量下增强，且很可能已超越了费米望远镜的测量范畴。芝加哥大学宇宙学家迈克尔·特纳则表示，确认正电子数量的上升，意味着人类对宇宙的又一大发现。