新研究證明暗物質(zhì)確實(shí)存在

近日，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主、美籍華人科學(xué)家丁肇中教授主持的阿爾法磁譜儀實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱“AMS”）證明，暗物質(zhì)存在實(shí)驗(yàn)的6個(gè)有關(guān)特征中，已有5個(gè)得到確認(rèn)，相關(guān)研究論文發(fā)表在最新版的美國(guó)《物理評(píng)論快報(bào)》上。

昨天，現(xiàn)代快報(bào)記者從東南大學(xué)獲悉，該校計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)羅軍舟教授領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)，在捕捉暗物質(zhì)影子的AMS項(xiàng)目中，完成了全球一半以上的數(shù)據(jù)處理量，相當(dāng)于500萬(wàn)部電影和30個(gè)中國(guó)國(guó)家圖書館的信息存儲(chǔ)量。

最新成果是什么？

暗物質(zhì)的6個(gè)特征找到了5個(gè)

北京時(shí)間9月18日，諾貝爾獎(jiǎng)得主、美籍華人物理學(xué)家丁肇中領(lǐng)導(dǎo)的阿爾法磁譜儀項(xiàng)目，在歐洲核子研究中心公布了最新研究成果，進(jìn)一步顯示暗物質(zhì)可能存在。這一成果發(fā)表在最新一期美國(guó)《物理評(píng)論快報(bào)》上，再次讓世界轟動(dòng)。

據(jù)了解，丁肇中主持的AMS實(shí)驗(yàn)通過(guò)收集宇宙射線，依靠云計(jì)算和大數(shù)據(jù)處理，來(lái)尋找暗物質(zhì)留下的證據(jù)，其中一個(gè)重要的線索就是正電子，而捕捉這個(gè)線索的就是AMS.

AMS迄今已運(yùn)行40多個(gè)月，共搜集了540億個(gè)宇宙射線數(shù)據(jù)。它從410億個(gè)宇宙射線數(shù)據(jù)中捕捉到1000萬(wàn)個(gè)電子和正電子。

東南大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)羅軍舟領(lǐng)銜的技術(shù)團(tuán)隊(duì)2002年與丁肇中合作，昨天，該院副教授東方告訴現(xiàn)代快報(bào)記者，恒星爆炸或其他天文現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生宇宙射線，這些射線穿越宇宙空間，最終抵達(dá)地球，宇宙射線由帶電粒子組成，不過(guò)這些粒子中很多都會(huì)在大氣層中被吸收，無(wú)法進(jìn)行地面研究，但在大氣層外部，AMS將有能力對(duì)這些粒子進(jìn)行篩選，尋找反物質(zhì)和暗物質(zhì)。

“粒子進(jìn)入AMS后，逐層的探測(cè)器將測(cè)量粒子的質(zhì)量、能量、速度，還會(huì)測(cè)量粒子的入射方向和穿越軌跡。”東方說(shuō)，暗物質(zhì)的碰撞會(huì)產(chǎn)生正電子，如果能捕捉到正電子，就可以印證暗物質(zhì)的存在。為驗(yàn)明暗物質(zhì)的“真身”,科學(xué)家構(gòu)建了一個(gè)理論模型，其中，暗物質(zhì)有6個(gè)特征。

18日晚，丁肇中對(duì)記者表示，暗物質(zhì)碰撞產(chǎn)生過(guò)量正電子有6個(gè)特征，其中開(kāi)始點(diǎn)、上升速率、最高點(diǎn)等5個(gè)特征都已被阿爾法磁譜儀測(cè)量到，最后1個(gè)特征就是測(cè)量正電子產(chǎn)生率會(huì)不會(huì)突然下降。“是不是暗物質(zhì)？要看最后一個(gè)結(jié)果。”

東大有什么貢獻(xiàn)？

東大完成了一半多的數(shù)據(jù)分析量

從410億個(gè)宇宙射線數(shù)據(jù)中，捕捉1000多萬(wàn)個(gè)電子和正電子，這項(xiàng)比淘金還難的數(shù)據(jù)分析，是怎么完成的？

東方介紹，AMS探測(cè)器于2011年研究成功，并于當(dāng)年5月16日發(fā)射成功，從此在國(guó)際空間站運(yùn)轉(zhuǎn)。2011年5月19日以來(lái)，國(guó)際空間站將數(shù)據(jù)源源不斷傳輸?shù)降厍蛏?，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2002年開(kāi)始，東南大學(xué)作為中國(guó)大陸第一所參與AMS項(xiàng)目的高校與丁肇中教授合作，包括參與AMS探測(cè)器的合作研制和建立東南大學(xué)AMS-02數(shù)據(jù)處理和分析中心。

東方說(shuō)，自2011年5月AMS探測(cè)器升空以來(lái)，目前已累計(jì)接收到來(lái)自國(guó)際空間站的數(shù)據(jù)107TB,未來(lái)十年的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總量將達(dá)到4PB.

“AMS實(shí)驗(yàn)大致可以分為對(duì)于原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)重建和仿真數(shù)據(jù)的生成，我們完成整個(gè)AMS數(shù)據(jù)分析量在一半以上。”東方說(shuō)。

東南大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)羅軍舟教授介紹，截至目前，東南大學(xué)AMS-SOC在第一輪和第二輪實(shí)驗(yàn)中，處理和分析的數(shù)據(jù)總量超過(guò)556TB,累計(jì)貢獻(xiàn)超過(guò)85萬(wàn)CPU小時(shí)，在AMS-02全球六個(gè)地區(qū)（中國(guó)、德國(guó)、意大利、西班牙、法國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣）數(shù)據(jù)處理中心排行第一。

這556TB相當(dāng)于多大的數(shù)量級(jí)呢？東方打了個(gè)比方，如果按照1部電影約1G的容量來(lái)計(jì)算的話，556TB相當(dāng)于處理了50多萬(wàn)部電影的數(shù)據(jù)，擁有30個(gè)中國(guó)國(guó)家圖書館信息存儲(chǔ)量。

東方說(shuō)，從2002年與丁肇中團(tuán)隊(duì)合作后，至今，東大已經(jīng)先后有約15位師生參與AMS項(xiàng)目，主要為云計(jì)算提供關(guān)鍵技術(shù)支撐，并利用云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)助力AMS以給出暗物質(zhì)的有力證據(jù)。“目前，我們正在數(shù)據(jù)處理和分析中心進(jìn)行擴(kuò)容。”

科普一下

什么是暗物質(zhì)？

暗物質(zhì)是宇宙中看不見(jiàn)的物質(zhì)。現(xiàn)在我們看到的天體，要么發(fā)光，如太陽(yáng)，要么反光，如月亮，但有跡象表明，宇宙中還存在大量人們看不見(jiàn)的物質(zhì)。它們不發(fā)出可見(jiàn)光或其他電磁波，用天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)不到。但它們能夠產(chǎn)生萬(wàn)有引力，對(duì)可見(jiàn)的物質(zhì)產(chǎn)生作用。

迄今的研究和分析表明，暗物質(zhì)在宇宙中所占的份額遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前人類可以看到的物質(zhì)。宇宙中最重要的成分是暗物質(zhì)和暗能量，暗物質(zhì)占宇宙25%,暗能量占70%,我們通常所觀測(cè)到的普通物質(zhì)只占宇宙質(zhì)量的5%.

探測(cè)暗物質(zhì)有何意義？

暗物質(zhì)被認(rèn)為是宇宙研究中最具挑戰(zhàn)性的課題。目前，暗物質(zhì)的存在已經(jīng)被人們普遍接受。人們認(rèn)為暗物質(zhì)促成了宇宙結(jié)構(gòu)的形成，如果沒(méi)有暗物質(zhì)就不會(huì)形成星系、恒星和行星，更談不上今天的人類了。探測(cè)和研究暗物質(zhì)很可能導(dǎo)致物理學(xué)界新的革命。

如何探測(cè)？

暗物質(zhì)的探測(cè)方法主要分為直接探測(cè)法和間接探測(cè)法。阿爾法磁譜儀項(xiàng)目則屬于后者。

阿爾法磁譜儀項(xiàng)目實(shí)際上是一個(gè)大型粒子物理實(shí)驗(yàn)，首要目的是尋找宇宙中的暗物質(zhì)及其起源。暗物質(zhì)碰撞會(huì)產(chǎn)生額外的正電子，這些正電子的特征會(huì)被阿爾法磁譜儀精確地測(cè)量到。

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