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暗物質 丁肇中快找到了

【聯合報╱記者陳皓嬿/台北報導】        2014.09.19 03:23 am


諾貝爾獎得主、中研院院士丁肇中。圖/聯合報資料照片



由諾貝爾獎得主、中研院院士丁肇中領軍,尋找「暗物質是否存在」的跨國大型科學計畫AMS(阿爾發磁譜儀計畫),昨台灣時間晚上十點半,在瑞士歐洲核子研究組織發表最新研究成果,指暗物質的存在已更趨明朗。

「物理偵探」丁肇中指出,團隊這次發現,在太空中蒐集到的「正子」(即電子的反物質)在處於不同能量時,竟然有完全不同的表現,讓他覺得「奇怪,相當奇怪!」這暗示正子產生的源頭有兩個,其中一個是平常的宇宙射線,而另一個很可能就是暗物質。

AMS計畫將超大型磁鐵送上太空站,在太空捕捉、偵測宇宙粒子,以推測暗物質是否存在。這個七公噸重的儀器自三年前上太空後,已經蒐集並分析超過四百一十億粒子事件,昨是第二次發表觀測結果。

在台灣參與該計畫的中央大學物理系教授張元翰指出,這次最重大的發現就是「正子在不同能量下的怪異表現」。正常來說,一般的粒子不管在什麼能量下,表現出的特性都差不多,然而他們觀測到太空中的正子,在能量高達一千億電子伏特的情況下,卻表現出不同特性。

張元翰說,團隊推測產生這些怪異行為正子的成因有兩種,其中之一就是「藉由暗物質碰撞所產生」。

不過丁肇中對於新發現結果的分析相當嚴謹。張元翰說,丁肇中將分析團隊分成兩組、交叉比對,以確保得到的結果不是分析人員誤判,且天天跟研究人員反覆討論、檢視資料,要求務必精準。

張元翰說,雖然這次得到的數據還不夠,不能直接斷論他們觀測到的就是暗物質存在的直接證據,但到目前為止,數據走向和暗物質模型都吻合,讓科學家相當振奮,期待越來越多的數據點,能讓他們更加接近真相。

這次研究成果於昨天發表在國際著名期刊「物理評論快訊」(Physical Review Letters)。

找暗物質/丁肇中華麗的最後一役

【聯合報╱本報記者陳皓嬿】        2014.09.19 03:23 am


華裔科學家丁肇中昨天在瑞士舉行記者會,公布AMS在國際太空站取得的成果,暗物質的存在已更明朗。圖/取自網路直播記者會

二○一一年四月,美國最後一次發射奮進號太空船,任務是將「太空磁譜儀」(Alpha Magnetic Spectrometer, AMS)送上國際太空站,進行觀測暗物質的計畫,這不僅是奮進號的最後一役,也是計畫總主持人丁肇中的最後一役。

當時已七十五歲的丁肇中,早在半輩子前就拿到諾貝爾物理獎,有這樣條件的科學家到了七十五歲,大可名利雙收、優哉度日。

但丁肇中繼續勇闖宇宙的先鋒,他自一九九四年開始尋找暗物質,如今正好滿廿年,此刻,他已站在尋找暗物質以解宇宙謎團的大門外。

丁肇中的最後一役相當華麗,AMS這項超大型計畫,由跨越歐、美、亞十六國,將近六十個學術單位、六百名科學家參與,加上耗費超過廿五億美金的巨額投資。丁肇中不光要說服學界、還要搞定美國政府,背後所需的精力和政治身段可想而知。

挑戰丁肇中的人當然不少,AMS剛上太空時,不少科學家都在「觀望」,直到去年AMS蒐集到的資料跑出漂亮的曲線,誤差遠低於其他研究所得的結果,令許多人為之驚豔,才又開始期待丁肇中的研究「發威」。

若干年前,丁肇中接受大陸央視專訪,主持人問他「您家三兄弟姊妹名字分別是丁肇中、丁肇華、丁肇民,如果有第四個,是不是叫丁肇族?」「不,叫丁肇國!」丁肇中意味深長地調侃了一番,說因為找不到這個「國」,所以他到台灣去了。

找不到丁肇國,還可以調侃一番,但在這位物理老將心中,若最後一役找不到暗物質,或許比找不到「國」還遺憾。
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找暗物質/星系星球形成 暗物質是推手

【聯合報╱記者陳皓嬿/台北報導】        2014.09.19 03:23 am



暗物質(dark matter)既看不見、也摸不著,卻讓全世界的天文、物理學家魂牽夢縈了快一世紀,因為它是解開宇宙起源之謎的關鍵。

台大物理系教授侯維恕說,如果沒暗物質,現在的宇宙可能沒星球、星系,也沒人類,有的可能只是一堆氣體分子散落空曠宇宙中。

侯維恕說,科學家推測有暗物質存在,起於天文學家觀察到,像盤子一樣的銀河系旋轉時「有些不對勁」;根據物理定律,離銀河中心越遠的星星,繞中心旋轉的速度應該比近中心的星星慢,但事實上卻不然,所以科學家認為,應該還有些什麼看不見、卻有質量的東西存在,造成此現象。

早先此說法被學界認為是科幻小說,但愈來愈多證據顯示暗物質存在,且它須比普通物質重很多,否則無法解釋宇宙許多現象。侯維恕說,現今科學家推測暗物質約占宇宙組成的四分之一,我們看得到的物質只占百分之四。

既然看得到的物質所占比率不高,在偌大的宇宙中,要自動擠成一塊,變成星球、星系,幾乎不可能。因此科學家認為在宇宙誕生之初,應該充滿許多暗物質。侯維恕說,暗物質應先匯聚在一起、把引力變大後,再慢慢把普通物質拉到一塊,當物質距離拉近、互相碰撞,最後就變成星系。換句話說,若沒有暗物質當「推手」,宇宙也許就沒有星系、星球了。

有趣的是,科學家認為暗物質應該無所不在,那為何我們沒有被暗物質撞到的感覺?侯維恕說,暗物質的特性是不和其他物質互動反應,「當暗物質撞到我們,會直接穿過身體,好像入無人之境,」這也是尋找困難的原因。
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找暗物質/儀器設計 台灣5機構投入心血

【聯合報╱記者陳皓嬿/台北報導】        2014.09.19 03:23 am

「阿爾法磁譜儀」(AMS)計畫是諾貝爾物理獎得主、中研院院士丁肇中主持的大型研究計畫,團隊將一個大型磁鐵放上太空捕捉宇宙射線、反物質。台灣包括中研院、中科院、中央大學、成功大學和國家太空中心都參與此計畫,協助設計、校正觀測儀器或分析數據。

丁肇中昨在記者會中解釋AMS原理,他指出宇宙有許多不同的粒子,當它們經過磁鐵的時候,會受磁場影響偏轉,因為各自性質不同,導致偏轉的方向也不一樣,透過偏轉方向差異,儀器就可以辨識有哪些粒子被收集到。

參與計畫的中央大學物理系教授張元翰說,這次發表的研究成果,看到半世紀來最多的正子(即電子的反物質)停在某一特定能量點,且隨正子所帶的能量增加,數量也跟著減少;簡單來說,就是指觀測結果並未違反暗物質的模型走向,代表這些正子由暗物質碰撞產生的機率相當高。

但愈逼近完美,挑戰就愈險峻,AMS計畫面臨磁鐵不夠強大的問題,團隊要再往高能量正子觀測、探究,就愈難抓住這些正子。

當初丁肇中想把磁力更強的超導磁鐵送上太空,但發現不可行,只好使用永久磁鐵;當正子身懷巨大能量導致它跑得太快,永久磁鐵便抓不到正子彎曲軌跡,這個限制,正好擋在「能證明暗物質是否存在」的「急速下降數據點」前。

搜尋暗物質有三種方法。第一種透過大強子對撞機,利用粒子對撞產生暗物質。其次是散射實驗,利用暗物質能穿透深入地下的特性,以測量暗物質與純的液體或固體靶散射後反彈的原子核。第三種是湮滅實驗,因暗物質碰撞會產生多的反電子與反質子的特性,這是AMS主要目標。
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