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印度加入暗物质搜寻大军
来源:中国科学报      作者:赵熙熙      时间:2017-09-06 00:00      关键词:
摘要: 自从印度在25年前关闭了一个开创性的地下实验室以来,新德里的物理学家们便缺少了一个隐秘的地下洞穴,在那里,他们可以避开来自宇宙的射线,在那里,他们可以搜寻来自宇宙的神秘粒子。

这条隧道通往印度新的暗物质实验室。图片来源:萨哈核物理研究所, Kolkata

本报讯 自从印度在25年前关闭了一个开创性的地下实验室以来,新德里的物理学家们便缺少了一个隐秘的地下洞穴,在那里,他们可以避开来自宇宙的射线,在那里,他们可以搜寻来自宇宙的神秘粒子。

如今,科学家的漫长等待终于有了结果——9月2日,印度在距离地表550米深处的一个运营的铀矿井中为贾杜古达地下科学实验室举行了成立仪式。

贾杜古达地下科学实验室的主要目标将是加入全球寻找暗物质的竞赛,后者是一种神秘的物质,正是它的引力把所有星系聚集在一起。

美国伊利诺伊州巴达维亚市费米国家加速器实验室主任Nigel Lockyer表示:“这对印度来说是一段美好的时光,它让最好和最聪明的人都用来破解这个宇宙中的神秘事件。”

在其他地方,对暗物质的探索促使物理学家建造更深的实验室——加拿大距离地表2.1千米的萨德伯里中微子实验室是目前最深的实验室。在这里,科学家通过更复杂的措施保护探测器免受其他粒子的影响。

印度物理学家曾希望与雄心勃勃的外国实验室竞争。15年来,他们一直在努力创办该国自己的中微子实验室——这是一座耗资2.3亿美元的实验室,将位于印度南部的一座山下。这个项目一直处于悬而未决的状态,并两次未能获得环境许可;其支持者现在正在寻找一处新的地址。核工程师、孟买原子能委员会主席Sekhar Basu说,他们认为贾杜古达地下科学实验室是“让年轻的实验科学家从事尖端研究的生命线”。

在3.2万美元的投资中,加尔各答的萨哈核物理研究所翻新了一个37平方米的洞穴,该洞穴位于加尔各答以西260公里处,之前用于储存贾杜古达铀矿开采复合物。

铀的背景辐射应该是最小的,因为富含金属的矿石至少位于距离洞穴300米远的地方;一个更丰富的背景辐射来源可能是通过岩石渗出的氡气。新的工作即将展开,以充分描述背景辐射并记录宇宙粒子。

在初步测量完成后,物理学家计划安装一种低温碘化铯探测器来寻找暗物质。尽管取得像加拿大萨德伯里中微子实验室那样的成绩的可能性很小,但新的实验室对于印度物理学的重要性是巨大的,萨哈核物理研究所中微子物理学家Naba Mondal说:“贾杜古达就是一个救世主。”

暗物质和暗能量是现代天文学和物理学最重要的谜团之一,它们是为了解决宇宙学观测与理论上的矛盾而被提出来的。1937年,天文学家发现,大型星系团中的星系具有极高的运动速度,然而星系的运行速度远远超出万有引力公式计算出的结果,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,还存在其他引力。天文学家进一步推断,在人类已知的宇宙物质之外,还有一种物质存在。

此后70多年的研究、分析均表明,这一至今未被人们观测到的物质即“暗物质”在宇宙中存在,而且其在宇宙中所占的份额远远超过目前人类可以看到的物质。宇宙中最重要的成分是暗物质和暗能量,暗物质占宇宙的25%,暗能量占70%,人们通常所观测到的普通物质只占宇宙质量5%。目前,只能通过其与物质的相互作用来间接“观察”暗物质。(赵熙熙)