直接探测暗物质

 “暗物质”这个名字听起来有些神秘(其实还有听起来更神秘的“暗能量”,这超出了本文的范围。暗物质、暗能量并称为漂浮在当代物理学及天文学上空的两朵乌云)。从字面上来看,和暗物质对应的应该是“明物质”吧。虽然还没有人这么叫,但是其实“明物质”是对已知物质形态的一个很简单明了的形容,因为已知物质是由已知的基本粒子--夸克、轻子及其相互作用媒介子(包括光子、胶子、Z⁰、W^±以及尚未发现的引力子)--所构成的,这些基本粒子参与(或部分参与)四大相互作用--万有引力作用、电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用,比如能发光或者发电,或者作用、衰变后的次级粒子能发光发电。光、电即电磁波和电流,实际是从宏观角度上说的,现代的探测器归根到底都是测光信号、电信号以及信号组成的径迹。     

暗物质研究新进展

 “暗物质”在现代天文学中指的是占有宇宙中绝大部分质量的、却不以我们可测的形式发光的物质形态。研究暗物质是现代宇宙学一个重要课题,暗物质的存在可以解释星系的一些反常动力学特征,及引力透镜等许多现象;暗物质的数量多少可以决定宇宙的膨胀可否一直进行下去,还可以从临界密度的角度检验暴胀宇宙论;而对暗物质的具体物质形态进行研究,则更是一个涉及多个学科领域的很有,吸引力的研究领域。     

“暗宇宙”之谜

 夜幕降临,星光灿烂,银河、星斗与皎洁的月光交辉相映,编织出美丽的夜空,这就是我们从小获得的知识:恒星、星云、星系……构成的浩瀚宇宙。然而,这只是个错觉,我们的宇宙实际上是“暗无天日”的,这就是2003年过去一年最新的科学成就:宇宙是黑暗的,或者说是个“暗宇宙”(请参阅封二精美彩图)。什么是暗宇宙?那是指组成宇宙的绝大多数物质和能量是不可见的,发光的物质和辐射只占宇宙物质的极小部分,这种不可见的物质和能量称为暗物质和暗能量。根据最新的测量,暗能量和暗物质合计占宇宙质量密度的96%,而我们熟知的恒星、星系等发光物质或重子物质仅仅只占4%。     

暗物质的困境

 远在30年代,天文学家惠兹克已注意到,在星系团中,星系的绕行速度是如此之快,按理,它们无法稳定地呆在星系团中.他推测存在某种看不到的物质,提供了引力“胶质”.70年代,又发现银河系边缘的恒星运动速度,要比理论家预言的快得多,这也暗示着有大量的暗物质弥漫于星际空间.以后,对旋涡星系旋转情况所作的射电和光学观测表明,它们被暗物质晕所包围.分析了很多星系对和星系群的运动之后,人们确信,星系所含物质的总量,要比其可见的大得多.故天文学家断言,宇宙并不仅仅含有组成我们身体、地球和星星的那类通常物质.所谓通常物质,是指由重子(质子、中子等)组成的物质.而其他粒子,诸如电子,它们数量虽多,但对宇宙质量的贡献是很小的.     

暗物质的直接实验探测

暗物质研究是21世纪粒子物理、天体物理和宇宙学最重要的前沿科学课题之一.暗物质被天文学中的引力效应所观察到,但对它的存在和认识仍旧是个谜.文章主要论述了对弱作用大质量暗物质粒子(WIMP)直接探测的基本原理、各种直接探测技术、当前的实验进展和发展方向.最后给出了最近的实验物理结果.     

WIMPs 暗物质

 暗物质是21 世纪宇宙学和粒子物理研究的热点问题。WIMPs 是一种流行的暗物质粒子候选者,即weakly interacting massive particles 的缩写,译为“弱作用重粒子”。目前我国计划中的暗物质粒子探测实验项目都是围绕着WIMPs 暗物质开展的。本文将详细地阐述与WIMPs 暗物质相关的基本问题,并力图澄清一些易于误解的概念。     

时空理论的演化历程

 关于空间与时间的理论,从古至今有许多的哲学家和自然科学家为其倾注许多的心智和汗水。大体上可分为三个时期。第一个时期可称为古代的探索时期中国古代的庄子就对宇宙有一个自己的看法:“有实而无乎处者,宇也。有长而无本剽者,宙也。”“有实”是指有形体的物质实在,而每一物质实在都有一定的体积、一定的外形,占有一定的空间;“无乎处”,即没有穷处,没有界限。因此,庄子所谓“宇”是指广阔无边的空间实在。“有长”是指时间而言,时间只讲长度,即古今前后,它没有上下左右;“无本剽者”,即无始又无终。因此,庄子之谓“宙”是指无始无终的古往今来。     

“暗流体”简介

关于暗流体(Dark fluid)的提出,还要从两个星系团内明、暗物质的分布谈起:子弹星系团在中心发光物质的两侧分布着引力很强的暗物质,而Abell520星系团所显示的景象则是一个被热气体环绕着的暗物质核心,但其周围却不见普通星系的踪迹.     

大数猜想与暗物质

讨论恒星质量、核子质量、暗物质粒子质量和普朗克质量四者间通过大数A～10¹⁹联系在一起,而且强相互作用与引力间也唯象地通过大数A似乎有着某种深层的联系.     

应该界定黑洞的“最大半径”和“最小半径”

 有关黑洞的习题在近几年的复习资料中经常出现,通过题中给出的一些有关物理量来估算黑洞的“最大半径”。那么什么是黑洞?一颗内部燃烧尽了的大质量恒星由于自身的引力作用,外壳不断向中心坍塌缩小,最后就会形成致密的黑洞。黑洞是宇宙中的实体微粒,它们的体积趋向于零,而密度几乎是无穷大,由于具有强大的引力,物体只要靠近这个微粒,就会被强大的引力吸入,连光也不能幸免。也就是说,没有任何信号能够从黑洞的作用范围内传出,人类无法看到里面的情形---对于观测者来说,那就是漆黑一片---这也是黑洞名字的由来。既然如此,那么衡量黑洞的大小只能用其作用范围(即“视界”)的“半径”来表示。     

简述物质的态

 人类生活在一个物质世界里,我们所能观测到的一切存在的东西都是物质。我们的衣、食、住、行,以及我们身体本身都是物质的。即使肉眼看不到的,甚至现在的仪器也无法观测到的一些东西(如占宇宙90%的暗物质),也逃不脱“物质”的范畴。呈现在我们眼前的物质千奇百怪、种类繁多。而依据形态可将物质简单地划分为6大类,它们依次是固态、液态、气态、等离子态、玻色-爱因斯坦凝聚态和费米子凝聚态。一、物质的常见三态:固、液、气这三种状态是物质存在的最基本状态,利用分子论很容易解释它们的存在。通常,物质由分子、原子构成。     

发现暗物质存在的直接证据

美国天文学家宣布观测到暗物质．人们相信暗物质这种神秘的物质在宇宙中的总量约占宇宙总量的1／4，是“明物质”（普通物质）的5倍，在遥远的30亿光年之外有两个巨大的星系正在发生碰撞，美国NASA的钱德勒X射线望远镜和哈勃望远镜、欧洲南方天文台的超大望远镜和麦哲伦望远镜都在观察着这个壮丽的宇宙奇观，碰撞的能量非常巨大，以致使暗物质和明物质发生分离，这给了我们一个非常好的研究暗物质的机会，虽然科学家们至今仍在研究神秘的暗物质究竟以什么形态存在，但有确凿的证据显示这个宇宙中的物质大部分是暗物质。（相关论文将于近日在《天体物理杂志》发表）     

太阳中微子失踪案和中微子振荡

 (续前)五、“中微子振荡”是物理学家的法宝按照粒子物理的标准模型,中微子质量为零,它们以光速运动。存在着3种不同类型(即3种“味”)的中微子:电子型中微子(记为νｅ),μ-中微子(记为νμ)和τ-中微子(记为ντ),它们之间彼此不相关,分别只同电子、μ轻子和τ轻子密切相关。不过,早在戴维斯等人公布首批氯探测器的探测结果的1968年,庞托科沃就提出了这3种“味”的中微子很有可能互相来回地转化,称为“中微子振荡”。在太阳内部的热核燃烧过程中产生的中微子都是νｅ。但它们在从太阳到地球的漫长行进过程中,νｅ不断地转化为νμ和ντ。     

搜寻小质量暗物质

若干天文观测间接推断,暗物质约占宇宙物质的85％,它几乎仅通过引力跟自身以及普通物质相互作用.流行的观点认为,暗物质为超出粒子物理标准模型描述的一种或多种新粒子.纵然搜索数十载,亦无暗物质存在的可信证据.     

找寻暗物质的最新进展——丁肇中主持的AMS项目首批研究成果

1暗物质存在的发现1937年,天文学家弗·扎维奇(F.Zwick)发现,大型星系团中的星系的运动速度,远远超出星系团核心物质形成的结果,这表明除了人类已知的星系团核心物质对该星系的引力外,还存在其他物质的     

包含暗物质的强子夸克混合星

研究了含有暗物质的夸克核心混合星的观测属性。用相对论平均场理论和有效质量口袋模型分别描述夸克核心的混合星物质内强子相和夸克相,用Gibbs相平衡条件描述强子-夸克混合相,研究了由于包含强、弱相互作用的费米子暗物质对混合星质量、半径、引力红移、自转频率和转动惯量等整体观测属性的影响。结果表明,在强、弱相互作用下,暗物质粒子质量大于等于0.5 GeV时暗物质会使混合星的状态方程比无暗物质时有一定软化,相应的混合星最大质量减少。当调节暗物质粒子质量研究表明,随着暗物质粒子质量的增大,夸克核心的混合星物质的状态方程变软,混合星的质量、半径变小,并且引力红移、自转频率和转动惯量等整体观测属性也明显依赖于暗物质粒子的质量。当暗物质粒子质量0.1 GeV时,包含强、弱作用暗物质的混合星质量达到2.0 M_⊙和2.8 M_⊙（其中M_⊙为太阳质量）,说明大质量脉冲星PSR J1859-0131和J1931-01可能是包含小质量暗粒子暗物质的强子夸克的混合星。整体观测属性的计算结果均在中子星的天文观察数据范围内,也说明强子夸克的混合星内可能包含暗物质。The observational properties of quark core hybrid star contain dark matter are studied. The influences of containing of strongly or weakly interacting dark matter to global observational features of hybrid stars, mass, radius, gravitational red-shift, rotational period and moment of inertia are studied by using relativistic mean field theory to describe hadron phase, effective mass bag model to quark phase, and Gibbs phase equilibrium conditions to hadron-quark mixed phase respectively. Our results indicate that, both in the strong and weak interacting case, the equation of state for hybrid star matter contain dark matter become softer than that of without dark matter while the mass of dark matter particles larger than 0.5 GeV, which leads to the decrease of the mass and corresponding radius of hybrid star. With the increase of the dark matter particle mass, the equation of state for hybrid star matter become softer, this cause the decrease of the mass and radius of hybrid star obviously. The gravitational red-shift and the rotational period, obviously increase of the moment of inertia of the hybrid stars are influenced by the dark matter particle mass. When the dark matter particle mass is equal to 0.1 GeV, the masses of the star with strong and weak interacting dark matter reach to 2.0 M_⊙ and 2.8 M_⊙(M_⊙ is the solar mass), this result indicates that the giant mass PSR, J1859-0131 and J1931-01, can be a hadron-quark hybrid star and containing dark matter with small dark particle mass. The computational results of all above global observational features of hybrid stars are in the range of astronomical observation data, these also indicate that hybrid star with quark core may contains dark matter.     

怎样直接探寻暗物质

正探寻暗物质的含义顾名思义"暗物质",就是用任何波长的光,无论是极短波长的γ射线还是很长波长的无线电波都无法观察到的物质。当没有光线时,它是黑暗的,无法看到它;有光线时,它既不反射光,也不吸收光,是完全透明的,我们依然观察不到它。但是,自1993年以来,发现宇宙中存在暗物质的所有根据都是因为"引力"。因为这些暗物质与我们普通物质之间有"引力"作用,才使我们感知到暗物质的存在。暗物质不仅存在,而且在宇宙物质     

银河系中心发现暗物质

构成宇宙的大部分物质是暗物质,而我们只能感受到它的引力,却看不到。20世纪70年代,天文学家鲁宾(Vera Rubin)提出螺旋星系边缘远离中心区域的恒星运动得比其应有的速度更快,从而发现了暗物质。这意味着星系周围的"光晕"中存在着某种不可见的质量。但是物理学家们不能确定是所有暗物质都在边缘,还     

梅贻琦先生与通才教育

 现代社会是由具有独立人格和自由精神的人组成的,而造就这样的人需要通才教育。通才教育也称普通教育。“普”即普遍,乃就“面”而言;“通”即通达,盖以“质”而论。它主张我们的基础教育应培养通才,而非“专业人才”。简言之就是应培养和谐的“人”,而不是仅仅有用的“机器”。最早主张通才教育的是孔子。《论语·公冶长篇》里有一段孔子与弟子子贡(端木赐)的精彩对话,“子贡问曰:‘赐也何如?’子曰:‘女,器也。’曰:‘何器也?’曰:‘瑚琏也。’     

暗物质理论研究进展

评述了天体物理中暗物质的发现以及标准模型所面临的问题,综述了解决这些问题及标准模型之外可能出现的新物理与暗物质的联系。介绍了暗物质粒子选择条件和可能的暗物质粒子的候选者;对圆柱形暗物质表面密度与星系和星系团暗物质晕的晕核半径的关系进行了讨论,与其他模型进行了比较,得出暗物质晕的特征半径r_*的暗物质表面密度分布不是一个普适量;并叙述了近几年暗物质研究中提出的新理论模型-Hidden dark matter,最后叙述了中国暗物质实验探测研究的进展,2016年底DAMPE的第一批数据有可能给出;中国锦屏地下实验室（CJPL）的CDEX和PandaX合作组的第一期实验没有发现暗物质粒子存在的信号,期待他们下期的实验。A review of the evidence of the dark matter found in universe and the problems faced by the standard model. To address these issues as well as the possible relationship between the new physics beyond the standard model and dark matter, and given the selection condition of dark matter and possible candidates of the weakly-interacting massive particles (WIMPs). The correlation between the column surface density and the halo core radius of the dark matter halos of galaxies and cluster of galaxies is discussed, and the other models are compared. We find that the surface density within the halo characteristic radius r* is not an universal quantity; The new model (hidden dark matter)proposed in the study of dark matter is described. At last, the research progress of dark matter experiment in China is commented. At the end of 2016, the first batch of DAMPE data may be given;No significant excess events of WIMPS were found in the first stage of both the CDEX and PandaX experiments located in the China Jinping Underground Laboratory(CJPL). Look forward to their the next stage of these experiments in CJPL.