鎖定暗物質
有時 候,探索本身就是最好的收穫。
撰文╱克勞斯
翻譯/宋宜真

 


2009年12月,世界各地的科學家和政治人物齊聚一堂,討論全球氣候變遷這個重大的實際問題。在這同時,另一群來自世界各地的物理學家也聚集著, 屏氣凝神地等待一個更為深不可知的結果。這兩群科學家聚集的理由不同,離開時的結果卻很像:意猶未盡且不甚滿意。

低溫暗物質搜尋(CDMS)實驗基地位於美國明尼蘇達州蘇旦礦井,實驗目的在於直接搜尋廣佈於銀河系的暗物質的可能組成粒子。2009年12月初就 有消息傳出,CDMS可能真的找到這種粒子存在的訊號了。

若要了解這樣的事件意義有多重大,我們得先知道,過去40年來,科學家埋頭於建構一個超大理論架構,其中只要出現一點資料是不一致的,整套理論就會 如摧枯拉朽般崩解。1970年代,我們開始收集銀河系自轉的觀測資料,其中不可見物質的數量估計是可見物質的10倍之多。雖然科學家對這種物質提出了幾種 解釋(從雪球、行星到冷氣體),但後來逐漸發現,這些解釋都無法符合觀測結果。在這同時,獨立的理論計算得出大霹靂後一分鐘內應該生成的輕元素數量,而若 要符合觀測結果,宇宙還得生成更多的質子和中子,才足以說明這些暗物質的存在。

同樣的,星系在宇宙膨脹時的形成過程,也經由電腦獨立運算得到:只有幾種不會像一般物質那樣交互作用的新物質有可能及早崩塌,形成我們現今見到的宇 宙結構。

過去50年來,粒子物理的發展使我們了解到,如果要讓我們所見的事物得到合理解釋,就得有許多新的基本粒子存在。因此理論物理學家認為,大霹靂初始 那狂暴的一刻,應足以產生為數豐富的粒子來支持暗物質的存在,而今日的太空望遠鏡之所以還偵測不到,是因為這些粒子與一般物質的交互作用太弱。一些勇於嘗 試的實驗物理學家認為,我們銀河系暈中的暗物質新粒子可能可以直接觀測,因此開始設計一些方法進行觀測,並將高靈敏度的偵測器建置在地底深處,以隔絕大部 份的宇宙射線。

25年前,當我們首度提出這些實驗方法時,我就預期10年內應該就會有結果。不過即使是最新技術,要建置這樣的設備還是很耗時費力,而大自然也沒有 大方地向我們透露它的奧秘。

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2010年第99期5月號】

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