微科普 | 暗物质是捉迷藏高手 找到它能揭开“隐藏”宇宙的真面目
暗物质和暗能量被科学家们称为笼罩在21世纪物理学上的两朵乌云，它到底有多神秘，今天，我们就先聊聊暗物质这朵“乌云”。
暗物质：探索“隐藏”宇宙的钥匙
故事还得从上个世纪说起。当时，科学家们在观测星系旋转时发现一个怪现象，离星系中心越远的恒星由于引力的减少，运动速度本该越慢，但实际观测到的旋转速度比预测速度快得多，这就证明还有我们没观测到的物质提供了引力。为了解释这一现象，科学家们引入了暗物质这个概念。
根据科学家们预测，在宇宙的构成中，人类能观测到的常规物质仅占5%，暗物质占到25%，剩余的70%则是暗能量。
虽然暗物质占了宇宙的4分之1，但却很难被探测到。根据科学家推测，暗物质不带电荷，不与普通物质发生除引力以外的其他相互作用，能够穿越电磁场，但由于其对于探索宇宙起源和基础物理研究具有重大意义，世界各国都在努力地证实暗物质的存在。找到暗物质就能帮助我们揭开“隐藏”了的宇宙的真面目。
肉眼可见的普通物质构成了恒星，恒星们组成星系，而它们都是受暗物质密度波动的影响产生的，普通物质与暗物质的引力共同作用，把彼此聚集在一起，就构成了星系。
目前科学家们对于暗物质有着很多不同的假设模型。有的理论认为它广泛分布在整个银河系中，形成强烈的暗物质风，地球也频繁被它吹过。它的运动速度极快，可以达到子弹出膛速度的数百倍，穿过人体时不会留下任何痕迹，哪怕是一点点感觉。但毫无疑问的是，它有引力，它占据着天文学家们计算出来的宇宙总质量的四分之一还要多，它产生的引力就好像拉着转动小球的一根透明的绳子，为银河系保持稳定起到了重要作用。
寻找暗物质存在的证据，对于人类理解宇宙形成、探索宇宙本源至关重要。发现暗物质这样一种全新的物质，它很有可能成为取之不尽的高效能源，甚至帮助人类通过跃迁实现星际旅行，这些在将来或许都不再是梦想。
地球很小，宇宙很大。暗物质，或许将是人类打开星际探索大门的一把钥匙。
三种途径 捕捉神秘暗物质
神秘的暗物质，似乎无处不在，却又至今没人能证明真正捕捉到它。那么，面对这些擅长“隐身”的粒子，科学家又是通过怎么的方法来寻找它们呢？
目前探测暗物质的方法主要有三种：直接探测、间接探测和加速器探测，我国在前两种方法中都走在了世界前列。
地下守株待兔 直接捕捉暗物质
一种办法是守株待兔。根据理论，暗物质会参与弱相互作用，就像是荒不择路的兔子一样，它们也有可能一头撞上原子核这个“树桩”。被暗物质粒子撞上的原子核会引起发光发热的现象，或者被撞得偏离了原来的位置，这些都是科学家有可能探测到的。于是，科学家用了一个笨办法，他们建设含有大量反应物质的探测器，等待过路的暗物质粒子碰巧撞上其中某个原子核。
△熊猫暗物质探测计划。在四川锦屏山2400米的山体深处，我国建造了液氙暗物质探测器，通过检测暗物质撞击液态氙产生的能量来感知暗物质的存在。
太空间接探测 寻找暗物质湮灭物
另一种办法，那就是等这些隐身的粒子主动现身。有理论预言，当两个暗物质粒子相遇时，由于互为反物质，它们便会湮灭，从而产生出高能的伽马射线，或者产生出普通的正反粒子对。这就好像两个隐身的人相遇的一瞬间，突然脱去了隐身斗篷，变成两个普通人，甚至还发出了耀眼的光芒。如果科学家在暗物质集中的地方探测到了过量的伽马射线，或者在宇宙中探测到了来源不明的大量反物质粒子，它们就有可能来源于反物质粒子的湮灭，从而给暗物质的存在提供间接的证据。
△“悟空”号暗物质粒子探测卫星。2015年12月17日，中国成功发射首颗暗物质粒子探测卫星“悟空”号，监测暗物质粒子湮灭或衰变后产生的高能粒子，如伽马射线、正负电子等，精确测量这些粒子的能谱，从而间接证明暗物质的存在。
加速器粒子碰撞 主动创造暗物质
还有一种办法是主动创造这些粒子。如果我们把足够高的能量浓缩在极小的空间体积之内，就像科学家在大型强子对撞机里进行的粒子碰撞实验一样，这些能量就会转化为各式各样的粒子四散奔逃。如果能量足够高，理论上就有可能产生出暗物质粒子。而由于暗物质粒子是“隐身”的，无法被周边的探测器记录到。那么，在科学家看来，这场粒子碰撞中就会有很大一部分能量不翼而飞。如果侦破了这宗能量失踪案，就能为暗物质粒子的存在提供证据。
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△科普视频：暗物质
科学界公认，揭开暗物质之谜将是继日心说、万有引力定律、相对论及量子力学之后的又一次重大飞跃,将带来物理学的又一次革命。
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监制/唐怡 主编/李浙
记者/帅俊全
编辑/郑弘 郭华 单宏鑫 张晨 关美璐 张省
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