記者 | 戴晶晶
“暗物質(zhì)的量被低估了,宇宙將停止膨脹,然后在自身的引力下坍縮,最后成為一個奇點并再次大爆炸,把一切歸零。”
在劉慈欣著名科幻小說《三體》的終章,人類科學家關(guān)一帆給出了宇宙最終的結(jié)局,是坍縮成一個奇點。
大坍縮論也是現(xiàn)實科學界針對宇宙終極命運的假說之一,其他著名的假說還包括熱寂論、宇宙循環(huán)論和大撕裂論等。
上述假說均離不開暗物質(zhì)這一概念。
暗物質(zhì)是科學家在理論上提出的存在于宇宙中的一種不可見物質(zhì),被比作“籠罩在21世紀物理學天空中的烏云”,用于解釋恒星圍繞星系中心公轉(zhuǎn)速度過快的情況。
根據(jù)宇宙組成理論模型和宇宙學觀測,目前人類可見的普通物質(zhì)僅占宇宙總質(zhì)量的約5%,宇宙中不可見的暗物質(zhì)約占27%,其余68%為暗能量。
暗物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)對人類理解宇宙演化與發(fā)展科技至關(guān)重要。但距離提出暗物質(zhì)的存在已過去百年,人類仍未找到暗物質(zhì)的直接觀測證據(jù)。
中國已踏入國際暗物質(zhì)探測競賽的前沿,并在尋找暗物質(zhì)這一“幽靈”的探測器的關(guān)鍵材料上取得重要突破。
1月19日,中核集團發(fā)布消息稱,2022年,由中核集團中國原子能工業(yè)有限公司研發(fā)生產(chǎn)鍺同位素材料實現(xiàn)自主化、批量化供應(yīng),并順利交付清華大學。
由清華大學牽頭的中國暗物質(zhì)實驗(CDEX)是中國首個完全自主的暗物質(zhì)探測實驗,通過高純鍺探測器開展10千兆電子伏特以下的輕暗物質(zhì)粒子的直接探測研究。
該實驗在世界最深的四川錦屏山地下實驗室進行。該實驗室在垂直巖石覆蓋厚度2400米的地下,能夠提供低宇宙線強度、低輻射本底的特殊環(huán)境。
一旦暗物質(zhì)粒子擊中鍺原子核,探測器將記錄反沖鍺原子核的能量,使科研人員能夠通過能譜尋找暗物質(zhì)并進行研究。
過去,制造高豐度、高純度鍺探測器所需的富集鍺同位素長期依賴于進口,受制于海外的供應(yīng)商。
實現(xiàn)鍺同位素材料實現(xiàn)自主化、批量化供應(yīng),代表著中國打破了該材料的國外壟斷。
中核集團表示,這徹底解決了深地科研項目關(guān)鍵材料需求,并為后續(xù)進一步拓展深地實驗研究規(guī)模和深度奠定堅實的基礎(chǔ)。
鍺是一種亞金屬元素,具備多方面特殊性質(zhì)。其各類同位素可以分別用于電子半導體、航空航天測控、核物理探測、高分辨紅外透視等不同領(lǐng)域。
目前,中核集團已成為全球最大規(guī)模、各項技術(shù)指標最高的鍺同位素材料生產(chǎn)供應(yīng)商。
國際上暗物質(zhì)探測研究主要分為直接探測、間接探測和加速器產(chǎn)生三種方法。其中,直接探測是最為準確的暗物質(zhì)探測手段,主要通過高純鍺實驗和液氙實驗進行。
直接探測實驗,也是在目前尋找暗物質(zhì)粒子的各類實驗手法中采用得最多的一種探測方式。美國進行的CDMS實驗、意大利的DAMA實驗等,都采用的是直接探測方式。
在四川錦屏山地下實驗室,由上海交通大學牽頭的PandaX液氙實驗組,也在利用氣液兩相氙探測器開展10千兆電子伏特以上的重暗物質(zhì)粒子的直接探測研究。
除了“下地”,2015年12月17日,中國首顆暗物質(zhì)探測衛(wèi)星“悟空”成功發(fā)射,正通過空間觀測高能宇宙線和伽馬射線來間接研究暗物質(zhì)粒子的性質(zhì)。
據(jù)《中國青年報》報道,劉慈欣曾現(xiàn)場參觀了“悟空”的發(fā)射。
“暗物質(zhì)是否存在,人類都不知道,那是一條很漫長很艱險的道路。”劉慈欣說,認識暗物質(zhì),是認識宇宙的關(guān)鍵要素,也是對人本身認識的革命性起點與誘因。