資料來源：羊城晚報

2000年5月8日

本報北京今晨專電　記者吳海蔓報道：茫茫宇宙間，彌漫著一種 冷暗物質粒子，它既不發光，也極少和任何物質發生作用。１５０億 年來它不斷來到地球，永無休止地穿透任何物體，包括厚厚的岩石、 千家萬戶的牆壁甚至我們的人體。追蹤這種新粒子就成了世界各國宇 宙學和粒子物理學家的共同目標。中意科學家合作小組ＤＡＭＡ近來 宣布，他們可能找到了該粒子存在的初步証據。消息一發布，就引起 學朮界震動。美國南卡羅來納大學的物理學家弗蘭克說，如果發現屬 實，它無疑具有問鼎諾貝爾獎的水平。 　　該小組成立於１９９２年，中方科學家由中科院高能物理研究所 四位專家組成。記者近兩天在北京專訪了科學家小組的中方負責人、 高能物理研究所的戴長江研究員。他耐心地向“外行”解釋了這個初 步發現的過程，以及它可能帶來的意義。 　　話要從宇宙誕生說起： 　　１５０億年前宇宙大爆炸早期的“遺民” 　　世界上許多科學家公認宇宙是從一個小點開始爆炸產生的，在爆 炸中釋放很高的能量，隨后是暴脹過程，隨著宇宙膨脹，溫度慢慢降 低下來，演化形成我們現在這個宇宙的樣子，爆炸至今約有１５０億 年。從爆炸的能量高到冷卻的能量低狀態，對應了不同的物理過程， 產生相應的一系列粒子，這種冷暗物質粒子就可能是從宇宙大爆炸早 期遺留下來至今的，科學家普遍認為它占了宇宙密度的２０％。和別 的粒子不同之處是，它與物質作用的概率非常非常低，雖然無孔不入 ，卻對人體沒有任何影響。正因為冷暗粒子弱作用的特性，所以很難 捕捉到它的芳蹤。ＤＡＭＡ組決定在意大利國立實驗室做這個追蹤實 驗。 　　在千米地底建實驗室等待“碰撞” 　　意大利國立實驗室位於意法交界的阿爾卑斯山脈的格朗薩索上， 位於岩石１０００米的深處，由三個大洞組成，洞內無論是通風設備 還是儀器環境都是世界一流的。世界上著名的几個不用加速器的高能 物理實驗都是在這里進行的，集中了美國、英國、日本、德國、法國 等國頂級的科學家。 　　將實驗室深入地府，其中大有講究。原來要捕捉新粒子以及做中 微子實驗，就必須將大部分宇宙線屏蔽掉，因為它們會干擾實驗要捕 捉的信息。人們已知的宇宙線實際上是宇宙中帶電粒子如質子以及它 與空間物體作用所產生的ｍ子等，大部分宇宙線很難通過厚厚的岩壁 ，因此對深置地府的“探測儀”几乎沒有影響。但岩壁對冷暗物質粒 子是形同虛設的，它可以穿透岩壁到達探測儀，所以只有它能有幸做 客實驗室，科學家們將一塊塊探測儀───碘化鈉晶體壘起來，外面 配上各種儀器，靜靜等待它與探測儀的偶爾碰撞，這概率是穿行几億 次才有可能碰撞一次。 　　最純淨的晶體捕捉最淘氣的粒子 　　對這些來無蹤去無影的“淘氣”粒子，科學家不能把它直接抓住 往天平上稱一稱，而是要布下陷阱，等它乖乖上鉤。這“陷阱”就是 碘化鈉晶體───科學家稱它為探測儀。科學家在格朗薩索國家實驗 室內放置的晶體有１００公斤。雖然冷暗物質粒子難以和物質發生作 用，但是它畢竟還是有發生作用的概率的，碘化鈉晶體就是一種作用 概率比較大的物質，它還有個特性，就是當受到粒子撞擊時，晶體會 發出微弱的光。利用光電倍增管，就能將光轉化成電子，電子放大后 就變成電信號，從而可以被儀器記錄下來，就可以証實冷暗物質粒子 曾經到訪。碘化鈉是種非常常見的物質，但實驗室用的几乎是世界上 最純淨的碘化鈉，它所含的放射性雜質只有１０－１１，也就是僅有 ０．００００００００００１的雜質！ 　　八年實驗獲得初步証據 　　中意科學家小組在山洞里做了八年的實驗，在累計有效實驗時間 達６００天后，獲得了冷暗物質粒子可能存在的初步証據。此外，根 據通用的實驗物理數據分析法，估計這種粒子的質量大約是質子的五 十倍。但ＤＡＭＡ組的實驗結果遭到了美國斯坦福大學ＣＤＭＳ實驗 組的挑戰，他們稱：該組實驗結果可能與中意科研小組的研究成果相 抵觸！ 　　對此，世界一些科學家指出：由於兩項實驗之間存在的實質性區 別以及冷暗物質粒子的未知屬性，可能意味著最終也許會發現兩項實 驗的結果都是正確的。 　　中國科學家加入世界賽跑 　　目前除了ＤＡＭＡ組正加大實驗力度，把純淨碘化鈉晶體從現在 １００公斤增加到２５０公斤以外，美國人在用低溫探測器；德國人 和俄國人在用半導體探測器；英國人是什麼實驗都做；美國人還號稱 要做到噸級的探測器。各國都在努力，誰都想早一點得到最終結果。 中國有來自九家單位（高能物理研究所、清華大學、中國原子能研究 院等）的近３０名科學家組成了一個合作小組，建議釆用２５０公斤 低放射性的氟化鈣復合探測器，在國內即將修建的“低本底實驗室” 開展冷暗物質粒子的觀測實驗。用負責人話說，是加入世界的賽跑。 　　中國人參加這場賽跑有什麼條件呢？第一，我們的國產氟化鈣晶 體，發光效率和國外已經相差無几，關鍵的提純手段也已經成熟；第 二，我們的科學家在這個領域已經奮斗十多年了，有扎實的實驗基礎 和丰富的經驗。目前就是缺錢，正在向有關部門申請１０００多萬元 的費用。據透露，估計這個低本底實驗室會選址在北京郊外的某山洞 。整個建筑工程預計需要兩年，實驗過程大概需要３年，中國科學家 們期望五年內可以給出確切的結果。 　　為什麼要尋找新粒子？ 　　在茫茫宇宙之間，尋找一種誰也看不見的粒子，花了大量時間和 金錢，科學家們到底想干什麼呢？身為一輩子研究粒子的科學家，戴 長江這樣解釋：如果找到了這種新粒子，它將極大支持宇宙爆炸學說 和暴脹宇宙論，同時也極大地支持超對稱粒子模型，把人對客觀世界 的認識大大向前推進一步。 　　有關《我學者發現神祕物質》一文的澄清 　　戴長江 　　一個重要的實驗結果，在未被公認之前，我們不愿意在新聞報刊 上公布。只是２月１９日《紐約時報》報道了ＤＡＭＡ組的成果，并 提到其成員中有一半來自中國科學院高能物理研究所，這才引起了國 內一些新聞媒體要求來訪。我們原以為也許對今后在國內開展此項研 究有利，才接受釆訪。由於北京某報報道《我學者發現神祕物質》一 文中出現了一些差錯，引起了讀者的某些誤解，我們在此予以澄清： 　　１，ＤＡＭＡ組研究的是冷暗物質粒子，不是反物質。超對稱粒 子模型是基於粒子標准模型，在更高層次上研究基本粒子的性質，如 費米子與玻色子之間的對稱性等以及相互作用的規律，是種新粒子理 論模型，不是物質的“陰陽兩界”什麼對應關系。 　　２，冷暗物質粒子可能是宇宙早期遺留下來的。 　　３，當今宇宙還處於膨脹狀態，但不是處於爆炸狀態。 　　４，我們所在的單位是中科院高能物理研究所，不是高級物理研究所。 　　５，我們將釆用的探測器是氟化鈣晶體復合探測器，而不是氟化鈉。