近日，美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種更“聰明”的辦法，來尋找暗物質(zhì)的蹤跡。那就是利用地球本身作為一個“科學(xué)儀器”，再由位于軌道上的以美國宇航局為主要領(lǐng)導(dǎo)方的費米伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙射線中反物質(zhì)粒子數(shù)量過剩，這可能就是一種暗物質(zhì)所表現(xiàn)出的跡象特征。該項研究成果使得科學(xué)家將延長觀測這些正電子異常的現(xiàn)象。

（藝術(shù)家繪制的天鵝X-3伽馬射線示意圖）

圖像中，紫色區(qū)域包含了正電子，而電子卻被地球的主體結(jié)構(gòu)所閉塞，在橙色的區(qū)域中，只有電子存在，而正電子卻不能進(jìn)入該區(qū)域，最后的綠色區(qū)域，則完全脫離了地球主體的影響，對正電子和電子而言，都是可以自由進(jìn)出的。

由俄羅斯與歐洲聯(lián)合研制的PAMELA探測器在天體物理學(xué)上就掀起了一陣波瀾。該探測器全稱為“反物質(zhì)-物質(zhì)探測與輕核天體物理學(xué)探測平臺”，主要研究方向為日地空間環(huán)境以及太陽系范圍內(nèi)宇宙空間的高能粒子，并發(fā)現(xiàn)了在地球外層空間中兩層范艾倫輻射環(huán)之間存在著反物質(zhì)粒子分布，這也使得科學(xué)家幻想著利用這些反物質(zhì)來加速未來的宇宙飛船。

但是，在該項研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)：宇宙中出現(xiàn)的額外正電子-電子反物質(zhì)對，來自宇宙神秘的天體物理源，比如，脈沖星，或者一個更奇特的發(fā)射源?？茖W(xué)家也猜測其可能產(chǎn)生于暗物質(zhì)粒子的湮滅。

而這兩個來源是一個有理論支持的觀點，在脈沖星的強(qiáng)大的磁場中，可以認(rèn)為是一種“磁場大漩渦”，結(jié)構(gòu)上未知的復(fù)雜性，使得暗物質(zhì)粒子在通過這些磁場的時候，受到強(qiáng)引力的作用，這些影響對暗物質(zhì)粒子而言是巨大的，這個理論對之后的星系形成以及宇宙結(jié)構(gòu)上的作用有著非常大的導(dǎo)向性。

歐洲PAMELA暗物質(zhì)探測器研究成果的確認(rèn)對天體物理學(xué)而言，是非常重要的，不論它是否是暗物質(zhì)，現(xiàn)在并不是每個人都能接受PAMELA暗物質(zhì)探測器所得到的結(jié)果，并且甚至懷疑結(jié)果的真實性。由于美國宇航局的費米伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡主要探測的對象是宇宙伽馬射線，該射線是宇宙中已知的具有最高能量光子發(fā)射的射線，具有極強(qiáng)的穿透能力。

還有科學(xué)家認(rèn)為：費米伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡并不是一個完美的電子和正電子探測儀器，探測器所攜帶的大視場望遠(yuǎn)鏡也不是設(shè)計來區(qū)分電子和正電子的，實際上，電子和正電子是非常難以區(qū)分的，這是因為該空間望遠(yuǎn)鏡是處于地球上空340英里的軌道上，但是該空間望遠(yuǎn)鏡取得的數(shù)據(jù)還是具有非常大的應(yīng)用價值，斯特凡帶領(lǐng)研究小組也分析了當(dāng)前的結(jié)果。

另一名來自美國科維理粒子天體物理學(xué)與宇宙學(xué)研究所的教授羅杰羅姆（Roger Romani）指出：美國宇航局的費米伽馬射線探測器實際上并沒有做出具體的發(fā)現(xiàn)，這是因為地球本身就具有磁場，我們所知道磁場的特性就是能影響電子的軌跡，當(dāng)來自宇宙空間各個方向的電子和正電子接近地球磁場附近時，自然彎曲的地球磁場以及地球巨大的體積就會改變電子的運(yùn)動方向，并確定這些電子未來的路徑。

由于地球磁場以及巨大體積的作用，這就等于告訴了伽馬射線探測器，在地球周圍的宇宙空間中，哪兒可以探測到電子或者正電子的存在。所以，我們利用地球磁場以及體積因素在其中的作用，我們就能選擇出電子和正電子正確的運(yùn)動軌跡。

此外，在之前對地球高層大氣的研究中 ，使用的探空氣球進(jìn)行這項實驗，但是探空氣球的高度顯然沒有伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡的軌道來得高，所以也沒有產(chǎn)生出非常大的研究成果。而使用了伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡，我們基本上可以覆蓋整個地球，這就是我們?yōu)槭裁磿褂妹绹詈骄值馁ゑR射線探測器進(jìn)行這項研究的一個原因。

目前，爭論的焦點在于，這些正電子異常分布的源頭在哪兒，如果暗物質(zhì)參與了這個過程，那么Pamela探測器和費米空間望遠(yuǎn)鏡的研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)的正電子就是一種暗物質(zhì)的標(biāo)志物，其被稱為弱相互作用大質(zhì)量粒子（WIMP）。該粒子是一種理論上預(yù)言的粒子，被認(rèn)為與暗物質(zhì)密切相關(guān)。在若干個實驗室中，比如CAPRICE、AMS-01研究項目，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)該正電子存在于其他粒子中，并具有超過7GeV的能量，或者十億電子伏特。PAMELA探測器測量的結(jié)果顯示其可達(dá)到100 GeV的能量，但是，現(xiàn)在通過伽馬射線探測器發(fā)現(xiàn)正電子能量可達(dá)到200 GeV，這是有史以來探測到的最高能量值。

由于當(dāng)前理論的預(yù)言，多余的正電子能量將直接關(guān)系到弱相互作用大質(zhì)量粒子（WIMP），這將表面，神秘的暗物質(zhì)粒子應(yīng)該具有某種特性，并且具有質(zhì)量，這個消息對粒子物理學(xué)家而言，是個不錯的消息。隸屬于法國國家科學(xué)研究中心的安錫勒維厄（Annecy-le-Vieux）粒子物理實驗室理論物理學(xué)家帕斯夸萊（Pasquale Serpico）認(rèn)為：費米伽馬射線探測器的結(jié)果，是一個非常強(qiáng)烈的暗物質(zhì)信號，較PAMELA探測器而言，其結(jié)果具有很高的價值。

如果是暗物質(zhì)導(dǎo)致了這些正電子異常的情況，那其中的問題將比脈沖星源頭理論更深，更棘手。但是，現(xiàn)在還沒有理論能區(qū)分這兩個源頭之間的關(guān)系。現(xiàn)在，理論物理學(xué)家正在等待費米伽馬射線探測器最新的數(shù)據(jù)，他們希望能和理論上的預(yù)測達(dá)到一致，而費米伽馬射線探測器的數(shù)據(jù)將是有一個非常強(qiáng)的說服力。費米國家加速器實驗室的理論物理學(xué)家丹胡珀認(rèn)為：這個發(fā)現(xiàn)最終將會是一個驚人的成就。

（近地空間正負(fù)電子分布圖像與地球磁場影響）