如同觀察空氣 科學家旁敲側擊尋暗物質

【記者張秉開／綜合報導】科學家在觀測億萬光年範圍的星系中，認識到組成宇宙的物質中，暗物質占26.8%，一般物質僅占4.9%，其餘68.3%是暗能量。但是，暗物質不僅僅是人的肉眼無法看到，而是即使藉助儀器也無法感知。

那麼，怎樣探尋暗物質？據物理學網站phys.org近日報導，這可以從簡單的道理說起。人們已經知道，空氣是真實的存在。雖然眼睛看不見，但是我們可以利用觀察被風吹動的樹葉來感知空氣的運動及其存在。科學家利用相同的原理，採用與觀察風不一樣的技術，在努力探索宇宙中的暗物質（dark matter）。

現代天文學家使用新一代的高科技探測器，觀測引力透鏡、宇宙中大型結構、微波背景輻射等等，希望能窺測暗物質的蹤影。

在宏觀宇宙空間中探索

報導說，有些科學家構想，組成暗物質的粒子就是粒子自身的反物質，那麼兩個暗物質粒子如果相互作用，則會湮滅（annihilate）成奇異的粒子或射線。

因此，這種湮滅可以被太空中的檢測儀發現，如國際太空站（ISS）的阿爾法磁譜儀（AMS）。阿爾法磁譜儀會發現諸如正電子（positron）異常數量的粒子變化。而且當正電子湮滅為輻射，其輻射若為高能伽馬射線的話，則會被美國航太總署（NASA）的費米伽馬射線太空望遠鏡檢測到。但是，實際情況不是那樣簡單。宇宙空間中，黑洞及其周圍的星體爆炸也會發出類似訊號，這種干擾如何消除？當然，理想的情況是，如果找到一簇發出耀眼伽馬射線的暗物質，而其附近幾乎沒有任何星體，那麼科學家就非常有信心判斷暗物質的徵象。

報導說，幸運的是，銀河系有這樣的星體讓人類有信心找到暗物質的跡象，如極微弱矮橢球星系（ultra-faint dwarf spheroidal galaxies）；而不幸的是，尚未確定是否有伽瑪射線從那裡發出。

向微觀粒子空間中尋找

實驗室是直接觀察暗物質的必需之所。在歐洲核子研究中心（CERN），大型強子對撞機（LHC）揹負著科學界的厚望。科學家期待粒子的對撞過程中，產生暗物質而被檢測出來。當然，也有可能是，產生的暗物質直接穿過探測器而不留一絲痕跡。

對撞機檢測暗物質的原理其實很簡單：對比一次粒子碰撞前後的所有能量是否有不一致的變化。如果有，那麼說明能量以暗物質的形式逃逸了。phys.org說，科學家還有一種設計思路。在地球穿越銀河系的過程中，如能檢測那些自然生成的暗物質與原子核碰撞後的產物或能量，那麼可以發現暗物質的蹤影。

報導說，也許讀者在看完這篇文章的時間裡，體內有一個原子已經被宇宙中的暗物質粒子撞飛了，但人體毫無感覺。那麼，科學家將製造一種比人體靈敏很多的儀器來檢測這種碰撞。

於是，在澳洲的維多利亞斯托爾金礦（Stawell Goldmine）地下一公里處，一個由大學、研究機構和行業組成的國際合作組織正在建造地下物理實驗室（SUPL），這將成為南半球的第一台感覺極其靈敏的暗物質探測器（SABRE）。

科學家利用地殼岩層來阻擋來自太空的輻射，以免探測器被干擾。在SABRE設備中，有經過鉈（thallium）處理的超級純碘化鈉晶體。這種晶體有著極低本體輻射級位，如果被暗物質粒子擊中，原子核會出現像撞球的回彈。這時，原子的能量被激發，最終釋放能被檢測到的高能伽瑪射線。

總之，科學家希望深入理解宇宙中存在的為「可見物質」五倍含量的「不可見物質」——暗物質。