探索宇宙奥秘:暗物质之谜与LHC的使命

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在科学的浩瀚宇宙中,有一个谜团吸引了无数科学家和研究者的目光——暗物质。那么,当价值500亿美元的实验装置——大型强子对撞机(LHC)完成了其主要任务后,我们该如何利用它来探索这个谜团呢?让我们一起揭开暗物质的神秘面纱。

1960年代,天文学家维拉·鲁宾观察到安德罗梅达星系的一个异常现象:星系边缘的恒星运动速度远超理论预测。这一发现,让暗物质的概念浮出水面。尽管科学家们在地下的探测器中寻找了数十年,却始终一无所获。那么,我们为何如此确信暗物质的存在?它究竟是什么?这与世界上最先进的科学实验——LHC又有何关系?

我最近访问了位于瑞士日内瓦的CERN,并采访了一位理论物理学家,探讨LHC与暗物质的联系。她告诉我,我们对暗物质的了解少之又少,其质量范围涵盖了90个数量级,从微中子到整个可见宇宙都有可能。

那么,我们是如何得知暗物质存在的呢?答案就在我们自己的银河系中。如果没有暗物质的引力束缚,银河系无法以目前的速度旋转。这一现象在其他星系中也有所体现,如科马星团中的星系运动速度也异常快。此外,还有像子弹星系团这样的例子,其中两个星系相撞,部分质量碰撞后停留,而另一部分则像幽灵一样穿过,没有发生相互作用。

尽管有如此多的证据指向暗物质的存在,但我们仍然无法直接观测到它。那么,暗物质究竟是什么呢?目前,科学家们提出了多种理论,从原初黑洞到WIMP(弱相互作用大质量粒子)和轴子等,都是暗物质的候选者。

LHC作为世界上能量最高的粒子加速器,为我们提供了探索暗物质的新途径。通过对质子的碰撞,LHC有可能产生暗物质粒子,并在环形轨道上的四个主要探测器中检测到它们。尽管我们尚不确定LHC是否能够帮助我们找到暗物质,但这一探索无疑将加深我们对宇宙的理解。

目前,我们所能观测到的宇宙只占宇宙总质量和能量的4.9%,而暗物质占据了26.8%,剩下的68.3%则是暗能量。面对如此庞大的未知领域,我们有何理由不投入所有的资源去探索呢?

正如维拉·鲁宾所说:“我想知道,解释是否比我们目前想象的更为复杂。”让我们一起期待LHC重启后,在暗物质探索领域带来的新发现。感谢大家的观看,让我们一起探索物理的奥秘。

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