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暗物質及暗能量研究是當前科學前沿領域。中國科學院紫金山天文臺常進研究員在《2009科學發展報告》上發表了題為“暗物質粒子空間探測新進展”的文章,回顧了2008年紫金山天文臺在尋找暗物質粒子方面取得的重大進展。
文章介紹到,暗物質粒子本身無法被直接探測,但可以通過探測其衰變或相互作用后產生的穩定粒子來發現其痕跡。從1998年開始,紫金山天文臺就開始研究通過空間觀測高能電子和伽瑪射線來尋找暗物質粒子。由于宇宙線本底遠高于高能電子和伽瑪射線,如何將高能電子和伽瑪射線從宇宙射線中區分開就成了一個關鍵問題。紫金山天文臺研究人員利用美國南極長周期氣球項目“先進薄磁譜儀ATIC”發展出了一種簡單方法,從而可以通過普通的宇宙線探測器觀測高能電子和伽瑪射線。該方法糾正了此前觀測高能電子和伽瑪射線必須通過大型探測器的傳統觀點,從而大大節省了探測器重量。此方法的有效性業已在歐洲核子中心加速器上得到了驗證。
從2000年開始ATIC探測器在南極進行了三次觀測,發現在300-800GeV能量區間的高能宇宙電子能譜比理論模型高出數倍。研究表明,這種“超”很可能是人類第一次發現暗物質粒子湮滅的跡象,其觀測結果與暗物質理論語言的Kaluza-Klein粒子模型吻合得很好。一旦該結果正確,則不僅解決了暗物質是什么,還暗示著宇宙存在額外維,這將可能帶來物理學領域的重大突破。該研究成果自從在《自然》雜志發表以后,得到了世界范圍內的廣泛關注,并入選了美國物理協會和歐洲物理協會各自評選的2008年度世界物理學領域重大研究進展。(摘自中國科學院“科學發展報告”課題組撰寫的《2009科學發展報告》)
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