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鏡進行觀測。

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，在脈沖星的強大的磁場中，可以認為是一種“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，具有極強的穿透能力。

還有科學(xué)家認為：費米伽馬射線空間望遠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鏡是處于地球上空340英里的軌道上，但是該空間望遠鏡取得的數(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鏡的研究團隊發(fā)現(xiàn)的正電子就是一種暗物質(zhì)的標志物，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)正電子能量可達到200 GeV，這是有史以來探測到的最高能量值。

由于當前理論的預(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）認為：費米伽馬射線探測器的結(jié)果，是一個非常強烈的暗物質(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?，F(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。

（近地空間正負電子分布圖像與地球磁場影響）