暗物质粒子探测卫星研究进展

天文观测表明,宇宙中广泛存在暗物质,其丰度是普通物质的5倍,占宇宙总能量份额的约1/4.自20世纪30年代天文学家通过引力观测发现暗物质以来,经过近百年的探索,其物理本质至今仍然不为我们所知.另一个世纪谜题是高能宇宙射线的起源、加速和传播.暗物质的本质和宇宙射线的起源位列美国国家研究委员会(National Research Council)遴选出的21世纪11个宇宙物理学重大科学问题之列.探测暗物质粒子也是世界各国竞争异常激烈的科技热点.我国发射的暗物质粒子探测卫星,其主要的科学目标即通过精确观测高能宇宙射线电子和伽马射线来间接探测暗物质粒子.作为一个高能粒子探测器,暗物质粒子探测卫星观测数据也可用于宇宙射线物理和相关天体物理研究.基于暗物质粒子探测卫星的数据,我们得到了对宇宙射线电子和质子能谱的最为精确的测量,揭示了能谱上的新结构,为限制暗物质粒子属性和理解宇宙射线起源提供了重要数据.暗物质粒子探测卫星还探测到约250个伽马射线点源以及银河系弥散伽马射线辐射.本文综述了暗物质粒子探测卫星的设计、运行和数据分析进展.     

暗物质粒子发现在即?

暗物质的性质是宇宙学、粒子物理学和引力的核心问题之一,它或许是由宇宙早期产生的不为人知的粒子所组成（针对这些粒子的探测以及相关技术的研发目前取得了长足的进步）。在下一个10年里,来自于直接探测、大型强子对撞机和γ射线大视场空间望远镜的探测结果,将开启人们真正了解暗物质的大门。     

反物质都到哪里去了?

B介子的测量表明 ,粒子物理的标准模型无法解释为什么宇宙是由物质而不是反物质构成的     

粒子天体物理

学科的协同性正在发展。天体物理的观测结果正用于解释基本粒子的属性,而同时粒子物理和实验技术既把宇宙的耀眼部分也把其不可视部分展示给我们,这一切是怎样开始的呢?     

暗物质粒子平均每分钟撞击一次人体

根据几项暗物质探测项目获得的数据,平均大约1分钟就会有暗物质粒子击中人体。暗物质不同于常规物质,它们完全不可见。科学家们之所以能知道它们的存在,是因为它们会对宇宙中的星系和星系团产生引力作用。科学家们估算认为这种神秘的暗物质占到了整个宇宙中所有＂物质＂总量的80%。到目前为止,尚没有任何人能够确定地指出暗物质的组成粒子究竟是什么。     

CERN一游

人们可能认为，如果到欧洲粒子物理实验室(CERN)去参观．那么谈论的话题多半会集中在夸克、玻色子以及其它种种构成宇宙的无穷小粒子上。不过，CERN最近谈论的话题却集中在一些大得多的东西上：重型工业起重机，反铲及隧道掘进机等正日夜轰鸣着搬走将近一百万吨泥土，以推进物理学新领域的发展.     

暴涨的宇宙

30年前,《物理学评论D》中的一篇论文彻底改变了我们对宇宙起源的认识——来自粒子物理学的新观点暗示宇宙在其诞生之后极短的时间里可能经历了一个高速膨胀的时期。这一被称为暴涨的阶段,可以解释我们的宇宙是如何演化出其被我们观测到的密度和均匀性：暴涨不仅成为了宇宙学理论的核心原则,它还意味着任何有抱负的宇宙学家都必须学习粒子物理学。在20世纪70年代,     

寻找暗物质的新线索

正在宇宙学中,暗物质是指无法通过电磁波观测进行研究,即不与电磁力发生作用的物质。据推测,整个宇宙的构成中约有三分之一为暗物质。对暗物质的探测已经成为粒子物理学和天体物理领域最热门的方向之一,但科学家一直苦于无法找到暗物质存在的确定证据。现     

寻找缺失的“拼图”

"我们从何处来?我们是谁?我们往何处去?"也许自从人类有了意识以来,这些问题就一再被提起,不少科学家穷尽了一生去向前追溯:人类的起源、生命的起源、星球的起源,直至宇宙的起源。自20世纪60年代发展起来的物理学标准模型,依赖于希格斯玻色子的存在。这种粒子是物理学标准模型预言的一种自旋为零的亚原子粒子,当它与其它粒子碰撞时会使一些粒子质量变大,一些粒子质量减轻,还有一些粒子则完全失去质量,形成我们今天所知的宇宙。希格斯玻色子的发现除了能给发现者带来诺贝尔奖,还将为物理学的这段空中楼阁岁月做一     

万物之理

有没有一个单独的统一了自然界显著多样性的深刻的理论？是不是正发现了粒子物理线索到万物之理的一个有趣的模式？某些物理学家正想回答这两个问题。爱因斯坦曾经说过“宇宙中最不可理解的事情，实际上是都可以理解的。”宇宙的体积之大不可相信，其所包含事物之多不可想象。至今我们已能模拟出它的大部分历史，阐明它的结构，预测它的未来，了解其所含有客体的迷惑多变的行为。我们之所以能做这些事是因为我们了解到所有事物都是通过一个关系网把它们联结在一起的。我们把它们称之为物理定律。万物归一个好的物理学定律或理论的工作就是用…     

引力波揭秘宇宙新图景

<正>2014年3月17日,哈佛大学史密森天体物理中心宣布,科学家通过南极宇宙河外偏振背景成像(BICEP2)望远镜探测到了原初引力波存在的证据。如果得到确认,其意义不仅在于揭示宇宙大爆炸最初时刻的物理过程、有助于建立一个精确的暴涨理论,还将带来量子力学和广义相对论的进一步融合。关心宇宙学的读者对此也许并不感到意外,《Nature》和     

物理学家对空间科学的新探索

物理学家对空间科学的新探索ＧａｒｙＴａｕｂｅ著朱鋐雄译近年来，少数造诣很深的粒子物理学家正在天体物理学上开始从事第二个研究生涯。这些实验探索有来自宇宙的信号，包括暗物质粒子，超高能量宇宙射线及来自太阳和超新星的中微子。当实验物理学家利用他们的专长、他...     

视野

科学家找到了"上帝粒子"在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机工作的两个独立团队的科学家,2012年7月4日分别宣布了同样的结果:他们99%地相信自己发现了希格斯玻色子(所谓的"上帝粒子")。这种科学家寻找已久的粒子,或许能通过解释我们宇宙中的物体为什么会拥有质量(因而星系、行星甚至人才有了存在的权利),从而使得粒子物理标准模型变得完整。上述发现被认为是"一座具有历史意义的里程碑",但要最终证实     

捕捉WIMP

捕捉ＷＩＭＰＤ·Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ著何常译许多宇宙学家认为，宇宙主要由不可见粒子所组成，它们同我们所看得见的万物几乎完全没有相互作用。现在物理学家正在设法寻找这些难以捉摸的粒子。６个粒子物理学家小组急切地为追踪按宇宙学思路得出的一个最奇异的设想，已着...     

我国科学家参与的大型强子对撞机揭开物理学新纪元

欧洲核子研究中心宣布,中国科学家参与的国际性大科学工程之一——大型强子对撞机于2010年3月30日日内瓦时间13时06分对撞成功。在跨越日内瓦市郊、瑞士和法国边界的大型强子对撞机（LHC）上,总能量为7万亿电子伏特的两个束流对撞成功。这次迄今为止世界上能量最高的对撞,标志着大型强子对撞机物理研究的启动,拉开了粒子物理新时代的序幕,人类开始寻找占宇宙成分96％的暗物质和暗能量。     

高能宇宙中微子的声探测

中微子在基本粒子家族中素有鬼魂粒子之称.它静止质量等于零,不带电荷,以光速运动,几乎不与任何物质发生相互作用.虽然它与质子、光子、电子并列为稳态粒子,但要直接探测它是不可能的. 1956年美国物理学家科温(L.Cowan)和雷恩(F.Reine)在新墨西哥州利用一台早年研制原子弹后废弃不用的反应堆作为反中微子源(中子衰变后产生,即n→p~ e~- (?)),估计每秒可产生10~(18)个(?)(反中微子),通过常年记录(?) p→n e~ , e~ e~-→rr反应中产生的光子辐射证实了确有(?)存在.自此以后,中微子探测,特别是太阳中微子和宇宙中微子探测便一直研究不断.近年来,随着高能天体物理研究的进展,人们并始酝酿打开中微子的天文观察窗口.因为,中微子不象光子,它不受磁场影响,也不会被散布在空间的宇宙尘埃及星光所散射,能穿透致密星体,因此,它可能带来远古宇宙纪元的信息,是理想的宇宙信使.(据估计,10~(14)eV光子一光子散射的结果,距离达10~7     

从夸克到宇宙

物理学家已经建立了一种描述我们周围普通物质特征的粒子和力的标准模型.同时,天体物理学和宇宙学空间观测已经揭示出,我们对宇宙的图像的认识是不完备的,宇宙大约96%的份额不是由普通物质构成的,而是由其他一些神秘的东西--暗物质和暗能量--构成的.我们已经认识到,实际上我们并不知道宇宙的大部分是由什么构成的.认识这种未知的"新"宇宙有赖于研究物质最基本单元及其性质的粒子物理学的突破性发现.     

捕捉“上帝粒子”:一场人类智慧的接力赛

对粒子物理学家们来说,证明希格斯玻色子的存在固然皆大欢喜,证明希格斯玻色子不存在也同样可喜可贺,因为真相的出现就是胜利……"缺席"的玻色子宇宙大爆炸理论虽然相对合理地解释了有关宇宙起源的种种困惑,但对宇宙中的物质如何演变,恒星和星系如何形成则要仰仗经典力学理论的帮助才能予以回答。当年牛顿看见苹果从树     

宇宙是由什么构成的?

通过星系、星系团,乃至宇宙整体的动力学行为,天文学家发现宇宙中绝大部分物质是不发光的,即暗的.其中暗物质占宇宙中总物质和能量的27%,暗能量占68%,而普通物质(即粒子物理标准模型粒子)只占5%.暗物质和暗能量是当代天文学和物理学的重大发现,是主要研究前沿.我们回顾暗物质和暗能量的发现历史、已知属性和待解决的问题.     

反物质的世界

自然界的每一种粒子在奇妙的镜面世界中，均有一个反物质的伴侣，当两者相遇时，它们会以辐射形式而湮没，物理学家们通过实验已创造出反粒子、甚至已制造出反物质原子。当人们问20世纪最惊人的发现是什么时，很少有人怀疑是德国量子物理学家W·海森堡（WernerHei－senberg）发现的测不准原理。按照他的意见，在本世纪30年代自从预测和发现了反物质，它像魔镜一样已在宇宙中出现。由此我们能看到反物质粒子，每一种均对应了物质世界中的一种粒子，但是许多性质相反或相对映。那么进一步情况会是什么？如果物质粒子接近或碰到其“对映物”…