“暗物质和暗能量 物理学天空这两朵乌云何时才能消散”

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“就像20世纪初一样，21世纪初物理学的天空也存在两朵乌云，是暗物质和暗能量。 ”。 近日，中国科学院院士、中国科学院高能物理研究所原所长陈和生在2019年国际暗物质日北京地区活动中这样感慨。

出现与重力理论不一致的现象

1687年，牛顿在《自然哲学的数学原理》中提出了物质间的万有引力定律。 200多年后，爱因斯坦于1916年发表广义相对论，向适合高速运动的物体宣传牛顿的引力理论。 牛顿和爱因斯坦的重力理论一直被奉为圭臬。

但是，从20世纪20年代开始，更多的天文观测表明，从银河到宇宙的尺度上存在与牛顿和爱因斯坦的重力理论不一致的现象。 ”。 陈和生说。

根据天文学家的观测，涡旋银河的旋转曲线正如重力理论所预言的那样，在银河发光区域以外不会迅速下降，而是缓慢延伸。 银河系所有的星星都围绕银心旋转，由于牛顿的万有引力，太阳旋转的速度和银河系的质量以及太阳和银心的距离直接相关，可以挤出太阳的旋转速度为每秒170公里，但实际测量的结果是每秒220公里—250公里。

重力理论失效了是什么原因？ 宇宙中还存在我们不知道的神秘魅惑吗？

对宇宙95%的物质一无所知

为了解释这种现象，科学家们推断涡旋星系里一定有我们看不见的暗物质。 其他许多天文观测证据表明了暗物质的存在。 宇宙微波背景辐射观测实验结果显示了暗物质占宇宙物质总量的比例。 在宇宙中，普通物质只占4.9%，暗物质26.8%，暗能量占68.3%。

“这个结果相当惊人。 粒子物理的基本理论“标准模型”正确地解释了大部分的实验现象，从20世纪60年代以来，与之相关的研究获得了18次诺贝尔物理学奖。 但是，这个成功的理论只能说明宇宙中不到5%的物质，对剩下的95%一无所知，我们成了井底之蛙。 ”。 陈和生说。

那么，我们不知道的暗物质到底是什么呢？ 物理学家还不知道。 暗物质是具有微弱相互作用的重粒子，据推测比氢原子重数百倍到数千倍。

对于这种看不见也摸不着的暗物质，科学家们正在寻找它们。 “暗物质探索是近30年来国际粒子物理实验的热点之一，主要通过三种实验探索暗物质粒子。 ”。 陈和生告诉记者。

三种实验正在探索暗物质粒子

第一种实验是用超高能对撞机产生暗物质候选粒子，在欧洲大型强子对撞机中，许多科学家从事着这样的事业，其中包括许多来自中国科学研究院和大学的科学家。

“‘碰撞’只不过是寻找暗物质的做法，科学家还在寻找‘天’‘入地’的暗物质。 “天”是指在外层空之间间接检测暗物质，暗物质粒子消失，有可能产生正负电子对等普通物质对。 通过测量宇宙线的正电子来寻找暗物质。 例如，这是中国诺奖获得者丁肇中先生领导的阿尔法磁谱仪的实验。 也可以通过测量宇宙线电子加正电子来寻找暗物质。 例如，我国的“悟空”卫星实验。 ”。 陈和生说。

寻找“进入地面”的暗物质是通过深入实验直接检测暗物质粒子。 暗物质粒子与普通物质发生极其微小的碰撞，有可能会“跳跃”原本静止的原子。 当你撞到“跳跃”的原子时，你会注意到。 这就是直接探测。 陈和生将这种勘探方法比作“守株待兔”。 暗物质粒子是兔子，普通物质的原子是株。

事实上，即使这三种实验之一发现了暗物质的候选粒子，要确认它是宇宙的暗物质也是极其困难的任务。 陈和生强调，为了确认这种粒子的存在，3个实验或至少2个需要相互验证，需要理论、实验物理学家以及天文学家密切合作，共同努力。 (记者陆成宽)

来源：人民视窗网