季向东：科学家发现暗物质或许为期不远

　　“种种迹象表明，科学家正处在发现暗物质的边缘。这样的发现在物理学界将是轰动性的。”10月21日，上海交大物理系主任季向东教授为师生做学术报告，介绍暗物质的来龙去脉，分析在实验室探测暗物质的可能性。

　　科学家发现在天文学和宇宙学两方面都有暗物质存在的证据。季向东说，宇宙背景辐射的涨落可以用简单的暴涨模型来解释，整个宇宙中有20%的暗物质；银河系则包含95％以上的暗物质。科学家们判断，暗物质很可能是一种粒子，呈电中性，有很长的寿命，没有强相互作用。

　　宇宙演化的数值模拟显示，暗物质是极可能是种冷的物质，因此它的质量应该比较大。在宇宙的早期，暗物质粒子和宇宙中的其它粒子处在热平衡状态。随着宇宙的冷却，暗物质粒子不断湮没，和宇宙中的其它粒子继续保持热平衡。到了一定的时间，粒子密度过小，湮没的速度放慢，暗物质粒子遗留下来成为宇宙中的古迹。

　　暗物质粒子在空间有可能湮灭，产生普通的物质，如正负电子对、夸克反夸克、高能x射线、gamma射线、高能中微子等，根据这些原理，科学家为探测暗物质尝试了各种方法。他们通过卫星捕捉高能正电子，通过气球检测高能电子，在南极冰盖上深埋探测柱以探测高能中微子，间接地寻找暗物质。

　　季向东介绍，暗物质也可以直接探测。打个比方说，暗物质形成一个巨大的海洋，把银河系包围在其中，地球（探测器）就像海洋中行驶的小船。流动的暗物质粒子会有极小的概率碰撞到探测器的原子核上，引起它的弹跳，对暗物质的直接探测就是测量这种弹跳。

　　为了排除一般生活环境中的干扰，科学家们把实验室建在地下，为寻找暗物质营造良好的实验条件。美国、意大利、日本、韩国等都建立了地下实验室。目前，上海交大物理系和清华大学在四川锦屏山建造埋深达2400米的实验室，等效水深6000米，有望在2010年建成，通过液氙探测器寻找暗物质，在物理学的前沿领域加入国际竞争。

　　季向东教授同时担任上海交通大学粒子物理宇宙学研究所所长，带领科研团队在寻找暗物质的领域努力探索。他乐观地预言，以后的几年里，在粒子物理宇宙学的领域极有可能有重大的发现。暗物质是什么？电子的质量从哪里来？这两个可能相互关联的问题有望得到答案。季向东希望中国人在这些研究中能作出重要贡献。

　（2009年10月26日《上海交大报》头版头条，标题有改动。撰文/摄影：董少校。）