题目

从20世纪30年代至今,科学界从未停止对暗物质的探索。那么,什么是暗物质?找到它难在哪里?探索它又有何意义?2015年12月17日,由中国科学院总体研发的我国首颗暗物质粒子探测卫星“悟空”发射升空,它的一个使命就是寻找暗物质存在的证据。
一般情况下,凭借肉眼或借助工具就能看到普通物质,但暗物质是个例外。天文学家茨威基研究发现:在星系团中,看得见的星系占总质量的1/300以下,而99%以上的质量是看不见的。这一结论意味着星系团中有某种神秘物质被人忽略。
在当时,多数人并不认同茨威基的观点。不过,后来的宇宙观测结果越来越验证这一观点的可信性。因为按照万有引力原理,物体围绕中心旋转,越往外转动速度越低。但20世纪70年代,科学家在观测宇宙一些星系中的恒星运行速度时发现,往外看,围绕中心的速度并不都是衰减下去,有些和内圈恒星的速度差不多。理论上讲,越往外,物质越少,引力越小,速度也应该越低。科学家由此推测:外圈的那些能被直接观测到的、数出来的星星数目变少了,但其实内部的物质数量并没有减少,引力也没有变小,只不过没被观测到而已。这些天文观测直接看不到的物质被称为暗物质。
“虽然我们从来没有直接‘看到’宇宙中存在这种物质,但我们却发现了由于这种物质的引力作用对于其他可见的物质运动影响,这是我们断定宇宙中存在这种物质的理由。”中科院高能物理所研究员毕效军说。
暗物质的物理组成到底是什么?毕效军说,通常认为暗物质是一种不发光、不发出电磁波、不参与电磁相互作用的全新粒子。与通常物质一样,暗物质也有引力作用。根据引力效应,天文学家估算,宇宙由27%的暗物质、68%的暗能量和5%的普通物质组成。这些看不见的“大多数”就像披上了隐形衣一样,使长期以来在宇宙中占比最多的东西反而是人类最迟也是最难了解的,至今仅知道它们存在,还不清楚它们的性质。
暗物质如何产生?毕效军认为,和普通物质一样,暗物质应该也来自于宇宙大爆炸。在宇宙早期某一个时刻,宇宙温度非常高,粒子能量非常强,它们剧烈碰撞,在这种相互作用下,包括暗物质在内的各种各样的物质由此产生。
为了解暗物质这种存在于宇宙的隐身神秘“居民”,科学家做出了一些基于假设的理论模型,但物理学界渴望有实验研究的结果,特别是直接探测的结果,对这些理论模型进行验证。
中科院高能物理所研究员张新民介绍,国家科学界研究最多也最被粒子物理学家看好的暗物质模型是“弱作用重粒子”。主要因为这种粒子与普通物质有弱相互作用,所以具有可探测性。相比之下,其他暗物质模型,由于与普通物质的相互作用更弱,在现有的实验水平下探测到的可能性更小。
暗物质难以探测,除了不发光外,还在于它的速度快,难以捕捉。科学家测算,暗物质粒子每秒的运动速度为220千米,是56式半自动步枪子弹出膛速度的300倍。而且它们穿过人体时,不会留下任何痕迹,人完全没有感觉。
“暗物质粒子必须有相互作用我们才能‘看’得到它,但是现在具体是什么样形式的相互作用,我们是不知道的。”毕效军认为,如果能够测量到这种相互作用,就有望成功地探测到暗物质。
暗物质粒子探测卫星科学应用系统副总设计师范一中说,目前,暗物质粒子存在的证据都是通过引力相互作用发现的,实验中还没有确定的暗物质信号被探测到。国际上对暗物质的探测方式主要分为3类。第一类是加速器探测,这方面主要的探测设备是欧洲核子中心的大型强子对撞机;第二类是在地下进行的直接探测,中国在四川锦屏山地下实验室中正在开展相关实验;第三类是间接探测,主要是在空间进行。因为物理学家们认为暗物质粒子的湮灭或衰变会形成各种正粒子、反粒子对,这些粒子对在太空中传播就成了宇宙中宇宙射线和伽马射线的一部分。我国发射的“悟空”就是采用这种探测方式,收集高能宇宙线粒子和伽马射线光子,通过其能谱、空间分布分析来寻找暗物质粒子存在的证据。
现在,国际上一项瞩目的工作是将强磁场和精密探测器送到太空。阿尔法磁谱仪是人类送入宇宙空间的第一个大型磁谱仪。2013年美籍华人物理学家、诺贝尔奖获得者丁肇中领导的研究团队宣布,阿尔法磁谱仪发现了“弱作用重粒子”存在的依据,而“弱作用重粒子”就是一种暗物质的候选体,这意味着人类向认识暗物质方向前进了重要一步。2014年9月,丁肇中团队和东南大学发布合作研究成果表示,暗物质存在实验的6个有关特征中,已有5个得到确认,进一步显示宇宙射线中过量的正电子可能来自暗物质。
国际科学界认为,未来10到20年将是暗物质探测的黄金时代。
下列属于暗物质间接探测方式的是:
A.卫星探测
B.地下探测
C.阿尔法磁谱仪探测
D.大型强子对撞机探测

相关标签: 暗物质  

答案
查看答案
相关试题
“根据宇宙大爆炸理论,大爆炸产生3种类型的物质,一种是我们目前肉眼看到的正物质,一种是反物质,还有一种是看不见、摸不着的暗物质。”专家认为,暗物质的发现将改变人们对宇宙构成的认识,是进一步论证宇宙起源、揭露宇宙奥秘的重要因素;同时,也是人类认识自我和世界的重要途径。

A.暗物质的发现是人类认识宇宙和认识自我的基本前提

B.暗物质的发现是人类认识宇宙和认识自我的必要条件

C.暗物质的发现是人类认识宇宙和认识自我的重要契机

D.暗物质的发现是人类认识宇宙和认识自我的重大步骤

最新解答的试题
付款人在进行付款时无()

A.形式审查义务

B.实质审查义务

C.附带审查义务

D.票据外有关事项的审查义务
根据《公司法》的规定,有限责任公司下列人员中,可以提议召开股东会临时会议的是()。
A.总经理B.人数过半数的股东C.监事会主席D.人数为半数的董事
关于股份有限公司中的监事会,下列说法错误的是()

A.监事会负责提议聘请或更换外部审计机构B.监事会主席和副主席由全体监事过半数选举产生C.监事会中的职工代表的比例不得低于三分之一D.监事会应至少每6个月召开一次会议
三北精神的科学内涵
阿里巴巴提供了“企业名称认证”“企业身份认证”不同种类的认证,可以根据自身的