寻找暗物质

长久以来，人们一直对宇宙的起源抱有诸多疑问。宇宙大爆炸理论认为，宇宙诞生之前，没有时间，没有空间，没有物质，也没有能量。约150亿年前，一个很小的点爆炸了，逐渐膨胀，形成了空间和时间，宇宙随之诞生，并经过膨胀、冷却演化至今，星系、地球、空气、水和生命便在这个不断膨胀的时空里逐渐形成。最近的天文观测和暴胀宇宙论研究表明，宇宙的密度可能由约70％的暗能，5％的发光和不发光物体，5％的热暗物质和20％的冷暗物质组成。也就是说，宇宙中竟有九成是看不见的暗物质，其中被称做可能是宇宙早期遗留至今的一种看不见的弱相互作用的重粒子——冷暗物质（DAMA）正是支持暴胀宇宙论的关键。

宇宙中的暗能、暗物质的观测虽已获得一些可能的证据，但终究尚未被发现，这就是至今尚未解决的宇宙中的暗物质问题。另一方面，冷暗物质粒子的形成及运动规律是现有粒子物理标准模型所不能解释的，于是科学家们又找到一种新的物理模型———超对称粒子物理模型。

寻找暗物质是世界高能物理研究的热之一，寻找的途径包括在超大型加速器上的实验，也包括在地下、地面和宇宙空间对宇宙线粒子的测量。中国科学院高能物理研究所在寻找暗物质的研究方面一直活跃在国际前沿。1972年高能所云南高山宇宙线观测站曾观测到一个长寿命的重粒子的候选事例。许多科学家认为若此事例能被证实，则可能是暗物质的粒子。

由于经费等种种原因，目前中科院高能所参加了由意大利罗马大学牵头的意中DAMA合作组的冷暗物质粒子研究。为了避免各种信号干扰，意大利国家格朗萨索实验室建在一个高速公路穿过的山洞的岩石厚度有1000米。中意科学家研制的100公斤低本底碘化纳晶体阵列安装在意大利格朗萨索国家地下实验室，经过8年的实验，已经探测到这种物质粒子偶尔碰撞碘化纳晶体中的原子核时发出的微弱光线，已获得了这种信息的3个年调制变化周期，并据此推算出这种粒子很重，它的质量至少是质子的50倍。实验的初步结果提供了宇宙中可能存在一种重粒子，即冷暗物质粒子的初步证据。

该研究组于今年2月25日在美国加州举行的第四届宇宙暗物质源和探测国际研讨会上公布了他们的初步探测结果。该论文8名作者中的4位中国作者都是中科院高能所的科学家，他们在系统设计、实验方法、部分低噪声的电子插件研制和实验数据的统计分析等方面为此项合作研究作出了重要的贡献。

科学家们认为，这种粒子的存在将非常有力地支持暴胀宇宙论和超对称粒子模型，困扰天文学家70多年的谜团就能澄清，粒子物理、天体物理、宇宙学将会有突破性发展。美国南卡罗来那大学的物理学家弗兰克说，如果这一发现属实，无疑是具有诺贝尔奖水平的。因而这一研究备受国际科学家关注。

实验上要确认冷暗物质的存在及特性，尚需进一步的观测数据和可靠证据，美国斯坦福大学的科学家作了与DAMA类似的实验，尚未能证实DAMA的结果。目前，美国、法国、日本等国的物理学家们正在积极地观测研究宇宙冷暗物质。一个实验结果最终能被公认，必须要有不同实验的验证。而实验晶体的用量越大，获取结论所需的年限越短，这受国家实验经费投入所限。