宇宙起源或破解 科學家千米地下尋找暗物質

這張照片拍攝於2012年7月31日，由斯坦福實驗室提供。展示的是工作人員正在LUX實驗設施的頂部開展工作。如果一切順利的話，該項實驗獲得的結果或將幫助解答長期以來困擾人們的有關宇宙及其起源的謎團


11月23日消息，據國外媒體報道，科學家們正計劃在美國南達科他州一座廢棄的金礦內開展暗物質的探測。近期他們表示這項構思精妙的實驗項目已經接近准備就緒，預計明年2月份便可以開始投入觀測工作。

這項被認為是全世界迄今靈敏度最高的暗物質探測實驗被安排在距離地表下方將近1英裡的深處，位於一個灌滿7萬加侖(約合264立方米)水的水池之中。這樣做是為了最大限度的將可能造成乾擾的宇宙射線粒子屏蔽在外，從而提昇對潛在暗物質粒子的探測靈敏度。科學家們周一表示，如果一切順利的話，該項實驗獲得的結果或將幫助解答長期以來困擾人們的有關宇宙及其起源的謎團。

哈利·尼爾森(Harry Nelson)是美國加州大學生芭芭拉分校的一位物理學教授，同時也是這項被稱作“大型地下氙實驗”(LUX)的項目的首席科學家。他說：“我們可能會有令人興奮的發現。我們所在的這一領域的一項殘酷現實便是做什麼都很貴，因此我們只能選擇做那些我們認為是最為重要的實驗。”

此次進行的這項實驗同樣不便宜，其耗資高達1000萬美元。但是就和今年早些時候在瑞士的科學家們發現有“上帝粒子”之稱的希格斯玻色子一樣，發現暗物質粒子的消息同樣將會震動整個科學界。

由於它們具有引力效應，科學家們得以知道暗物質的存在。然而和傳統意義上的物質或反物質不同，到目前為止人們還未能實際探測到它們。整個宇宙中常規物質大約僅佔到4%左右，暗物質則佔了宇宙組成的大約25%。宇宙中剩餘的大部分空缺由暗能量填充，這是另外一個巨大的謎團。

在南達科他州開展的這項研究工作可以追溯到2003年，當時科學家們在這裡的Homestake金礦開展的實驗取得了很好的成果。科學家們隨後提出了需求，終於在今年7月份，在多年的經費籌措和謀劃之後，LUX探測器被送進了這裡的“斯坦福地下研究設施”，這一研究站位於地下4850英尺(約合1478米)深處。這裡是一個廢棄的礦井，1876年淘金熱時這裡曾經是礦工們通行的巷道。工作人員們花費兩天時間纔將這座電話亭般大小的探測器安放到位。在這裡，探測器被進一步和宇宙射線隔絕開來。它被置入一個大型超潔淨水池之中。

傑裡米·莫克(Jeremy Mock)是加州大學戴維斯分校的一名研究生，他已經在LUX實驗項目上工作超過5年時間。他說：“建設的階段已經接近尾聲，現在開始進入調試階段，這就意味著我們開始在地下對系統進行操作了。”

這個地下儲水池尺寸巨大，高20英尺(約合6.1米)，直徑25英尺(約合7.6米)。將精密的探測器緩緩的降至水池底部的過程花費了整整兩個月的時間。科學家們目前正在努力完成最後的管路鋪設工作，以便讓探測器中的氙保持盡可能高的純度。在探測器內部充滿了液態的和氣態的氙，這些氙會被不斷地進行循環，並通過一臺淨化器進行淨化，非常像病人進行血液透析治療的過程。科學家們這樣做是為了盡最大可能消除氙中的雜質以便提昇探測精度。

尼爾森介紹說，去除水和氙中的雜質可以幫助排除可能造成假警報的乾擾信號源。從而提昇對暗物質探測的靈敏度。他將這一實驗比作夏洛克·福爾摩斯的破案方法——排除已知，尋求未知。他說：“一旦開始取得數據，我們還將需要一到兩個月的時間纔能將探測器的精度提昇至‘最靈敏’級別。”在那之後，科學家們期盼著能開始看到一些他們最希望看到的東西：某些未知的東西。

宇宙形成之謎將解開 科學家快找到「上帝粒子」

經過四十年尋尋覓覓，科學界正熱切期待歐洲核子研究中心（CERN）公布外號「上帝粒子」的希格斯玻色子（Higgs boson）的存在，以解開許多宇宙謎團。該研究中心其中一個研究小組周二宣稱，已獲得最新的研究數據，有助收窄找尋這種難以捉摸的粒子的範圍。

歐洲核子研究中心的研究人員指出，希格斯玻色子最有可能在研究這種粒子的超級強子撞擊機（LHC）的低能量範圍找到。領導這個小組進行 ATLAS實驗的的意大利女物理學家賈諾蒂（Fabiola Gianotti）指出，實驗過程的最熱區域是在該撞擊機的低能量範圍，有迹象顯示希格斯玻色子的存在。她指若有足夠數據，可在明年確定發現這種粒子或排除有這種粒子存在。

構成宇宙所有物質

該中心另一個進行CMS實驗的研究小組，將於當地時間周二稍後公布研究結果。

理論而言，希格斯玻色子相信是構成所有物質及宇宙的基本單位，沒有這種粒子便沒有地心吸力，甚至沒有宇宙，因此它被稱為「上帝粒子」。

這項研究在法國與瑞士邊境接近日內瓦的超級強子撞擊機進行，它是一條二十七公里長的環形隧道，深埋地下一百米。

外號「宇宙大爆炸機器」的超級強子撞擊機，耗資約一百億美元（約七百八十億港元）建造，模擬進行宇宙大爆炸，創造宇宙誕生後少於一秒鐘的情況。

超級強子撞擊機重量超過三萬八千噸，將一束高能原子核心的質子加速至接近光速，並以前所未有的能量互相碰撞。

英國科學家希格斯（Peter Higgs）四十多年前推斷希格斯玻色子的存在，這種粒子就是以他的名字命名。他的理論解釋了為何原子及任何物質，在宇宙中有重量。

科學家尋覓逾40年

希格斯接受英國月刊《展望》採訪時表示：「我很難想像，要是它不存在，標準模型理論怎麼成立。」

當代粒子物理學標準模型（Standard Model）理論預言有六十二種基本粒子存在，希格斯玻色子是唯一尚未被發現的粒子，它是所有物質的質量之源。

據稱希格斯玻色子於一百三十七億年前的大爆炸中出現，並讓其餘的殘骸凝聚成星系、恆星和行星。

甚麼是「上帝粒子」？

●希格斯玻色子（Higgs boson），別稱「上帝粒子」，如果成功發現，有助科學家把物理學定律中若干概念串連起來。物理學家一直相信，希格斯玻色子為宇宙萬物給予質量，並在創世大爆炸後對宇宙的形成起了關鍵作用。找到「上帝粒子」，就可模擬宇宙大爆炸，有助破解宇宙誕生之謎。

甚麼是「大爆炸」？

●根據大爆炸（Big Bang）理論，宇宙是在約140億年前由一個密度極大、温度極高的狀態演變而來。科學家認為大爆炸是宇宙不斷膨脹的唯一解釋。大爆炸後一片混沌，其後星體形成，變生出宇宙。

超級強子撞擊機（LHC）是甚麼？

●有史以來最大及最複習的機器，科學家希望利用它模擬「大爆炸」毫秒後的狀態，以探究「大爆炸」如何在137億年前創造宇宙。

●全速運作時，數以萬億計質子在環形加速器內每秒運行11245次，相當於光速99.99%，足以在每秒進行6億次撞擊。

●兩束質子相撞時，產生的高溫相當於太陽中心的10萬多倍。

實驗要解答的部分問題

● 「上帝粒子」（希格斯玻色子）是否存在？該粒子被視為物質之源，是蘇格蘭物理學家希格斯於近50年前所假設。證實此粒子存在，有助尋找物理學的「大一統理論」。

●有額外空間存在嗎？人類已知由三維空間加上時間軸構成的四維空間，但部分理論認為可能有多達二十六維空間。

http://hk.news.yahoo.com/%E5%AE%87%E5%AE%99%E5%BD%A2%E6%88%90%E4%B9%8B%E8%AC%8E%E5%B0%87%E8%A7%A3%E9%96%8B-%E7%A7%91%E5%AD%B8%E5%AE%B6%E5%BF%AB%E6%89%BE%E5%88%B0-%E4%B8%8A%E5%B8%9D%E7%B2%92%E5%AD%90-220933217.html