暗物質粒子真被「抓」過嗎
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「四大金剛」可能會給個說法
本報記者 劉 霞 綜合外電
科學家們已有確鑿的證據證明，暗物質的確存在，且其在宇宙中的數量是普通物質的5倍多。但暗物質是「何方神聖」、其「性格如何」一直是未解之謎。中山大學天文與空間科學研究院院長李淼曾撰文稱，天文學家對暗物質的「共識」是，暗物質的主要成分是不參與電磁相互作用的粒子，這些粒子統稱弱相互作用重粒子（WIMPs）。
1998年，來自義大利的DAMA協作組表示，找到了暗物質存在的關鍵證據—弱相互作用重粒子，但其他研究並未發現，因此，很難對其進行證實或證偽。現在，英國《自然》雜誌網站報道，來自韓國、義大利、西班牙和澳大利亞的四台探測器將攜手對此研究結論進行證實。此項聯合實驗領導者、美國普林斯頓大學的弗蘭克·卡拉普賴斯說：「在未來三年內，新研究結論或許能讓這一切塵埃落定。」
WIMPs未被其他實驗發現
DAMA實驗位於義大利中部地底下的格蘭薩索國家實驗室，科學家們以總重約250公斤的25個超純碘化鈉晶體進行實驗。科學家們認為，弱相互作用重粒子很少與其他粒子相互作用，因此很難被發現。不過，它偶然會與地球上的原子「狹路相逢」，如果這一切在探測器內發生的話，DAMA內的碘化鈉晶體應該會產生一道閃光。
1998年，DAMA通過碘化鈉晶體每天產生的閃光數量的季節變化，從而首次宣稱，探測到了弱相互作用重粒子。DAMA觀測到的信號夏天出現得多於冬天。DAMA團隊認為，這種變化是由於地球圍繞銀河系中心和太陽的軌道運動所致。在北半球的夏季，圍繞太陽的公轉運動會使地球高速沖入看不見的銀河系暗物質的雲中，增加了WIMPs擊中探測器的幾率。
照此情況，在6月初，當地球和太陽的軌道運動一致時，穿過地球的粒子數量應該達到峰值；而在12月初，當兩者的軌道運動相對時，數量降到最低。
但這也存在一個大問題。德國卡爾斯魯厄理工學院的理論物理學家托馬斯·斯科維特茲-芒格德說：「如果真是暗物質，那麼它應該早已被其他實驗發現了。」但迄今還沒有。
不過，與此同時，所有嘗試找出DAMA實驗缺陷（例如研究人員沒有考慮的環境影響等）的實驗都以失敗告終。美國加州大學聖迭戈分校的倪凱旋（音譯）說：「信號就在那兒，但如何解讀這一信號——它來自暗物質還是其他事物並不清楚。」倪凱旋參與的是名為XENON1T的暗物質實驗。XENON1T也位於格蘭薩索國家實驗室，由義大利國家核物理研究所（INFN）運行。
不過，其他探測暗物質的全尺寸實驗都沒有使用碘化鈉，因此，科學家們認為，存在著一種可能性：暗物質與鈉的「交流」方式與它同其他元素的「交流」方式不同，但這一點還需進一步驗證。
「四大金剛」將探測暗物質信號
此前，很多科學家認為，讓碘化鈉晶體達到所需的純度是進行此類實驗面臨的重大挑戰。但現在，功夫不負有心人，四個實驗小組—韓國隱形質量搜索（KIMS）、耶魯大學的DM-Ice、西班牙薩拉戈薩大學的ANAIS和同樣位於義大利格蘭薩索國家實驗室的「擁有主動背景抑制的碘化鈉」（SABRE）項目，都得到了純度合適的晶體。
KIMS和DM-Ice團隊攜手在韓國襄陽地下實驗室建造了一台碘化鈉探測器，其將於數周內開始記錄數據。KIMS的主管機構、韓國地下物理學中心主管金英德（音譯）表示，與DAMA相比，這個探測器能更好地將暗物質信號從噪音中區分出來。
ANAIS則打算在西班牙比利牛斯山的坎弗蘭克地下實驗室建造一台同樣的探測器，KIMS、DM-Ice和ANAIS將總共使用200公斤碘化鈉，可與DAMA使用250公斤碘化鈉相媲美，因此，它們或能捕獲同樣數量的弱相互作用重粒子。DM-Ice負責人、耶魯大學的雷納丸山（音譯）說，儘管更新的探測器會有更高程度的背景噪音，但它仍將能重現DAMA的大部分信號。
不過，卡拉普賴斯認為，碘化鈉的純度比質量更重要。他和同事研發出了一種技術來降低污染，今年1月份，他們宣稱首次獲得了純度高於DAMA使用的碘化鈉晶體，他希望將背景噪音進一步降低到DAMA的十分之一。
SABRE會將一個探測器放在格蘭薩索國家實驗室；另一個探測器放在澳大利亞一個金礦內建造的斯托爾地下物理實驗室。SABRE總重50公斤，它會使用一個感測器，將暗物質信號從噪音中「揪出」。卡拉普賴斯說，SABRE應能在一年內完成研發，然後很快開始建造探測器。而且，在南北半球各有一台探測器，或許能釐清DAMA結果中的季節性是否受到了環境因素的影響。如果信號來自弱相互作用重粒子，這兩個探測器應該能同時看到峰值。
DAMA新聞發言人、義大利羅馬第二大學的麗塔·貝爾納貝伊表示，DAMA至少要到2017年才開始發布最新數據，對於這些新碘化鈉探測器的加入，她並不吃驚，也不緊張。她說：「在這十多年中，經過無數次再確認，我們的結論已被證實。」如果其他實驗沒有看到他們發現的季度性特徵，那麼，可能是其探測器的靈敏度不夠。
這「四大金剛」能證明DAMA是正確的嗎？美國密歇根大學的理論天體物理學家凱瑟琳·弗里茲對此表示，對DAMA獲得的信號，目前沒有其他解釋。澳大利亞墨爾本大學的伊麗莎白·巴伯里歐是澳大利亞SABRE團隊的領導人，她說，很多人曾經嘗試重複DAMA實驗，但全部折戟沉沙，這表明，要做這一點真的很不容易。
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