正电子异常引发暗物质热，费米伽马探测器被看重

近日，美国科学家发现了一种更“聪明”的办法，来寻找暗物质的踪迹。那就是利用地球本身作为一个“科学仪器”，再由位于轨道上的以美国宇航局为主要领导方的费米伽马射线空间望远镜进行观测。

科学家发现宇宙射线中反物质粒子数量过剩，这可能就是一种暗物质所表现出的迹象特征。该项研究成果使得科学家将延长观测这些正电子异常的现象。

（艺术家绘制的天鹅X-3伽马射线示意图）

图像中，紫色区域包含了正电子，而电子却被地球的主体结构所闭塞，在橙色的区域中，只有电子存在，而正电子却不能进入该区域，最后的绿色区域，则完全脱离了地球主体的影响，对正电子和电子而言，都是可以自由进出的。

由俄罗斯与欧洲联合研制的PAMELA探测器在天体物理学上就掀起了一阵波澜。该探测器全称为“反物质-物质探测与轻核天体物理学探测平台”，主要研究方向为日地空间环境以及太阳系范围内宇宙空间的高能粒子，并发现了在地球外层空间中两层范艾伦辐射环之间存在着反物质粒子分布，这也使得科学家幻想着利用这些反物质来加速未来的宇宙飞船。

但是，在该项研究中，科学家发现：宇宙中出现的额外正电子-电子反物质对，来自宇宙神秘的天体物理源，比如，脉冲星，或者一个更奇特的发射源。科学家也猜测其可能产生于暗物质粒子的湮灭。

而这两个来源是一个有理论支持的观点，在脉冲星的强大的磁场中，可以认为是一种“磁场大漩涡”，结构上未知的复杂性，使得暗物质粒子在通过这些磁场的时候，受到强引力的作用，这些影响对暗物质粒子而言是巨大的，这个理论对之后的星系形成以及宇宙结构上的作用有着非常大的导向性。

欧洲PAMELA暗物质探测器研究成果的确认对天体物理学而言，是非常重要的，不论它是否是暗物质，现在并不是每个人都能接受PAMELA暗物质探测器所得到的结果，并且甚至怀疑结果的真实性。由于美国宇航局的费米伽马射线空间望远镜主要探测的对象是宇宙伽马射线，该射线是宇宙中已知的具有最高能量光子发射的射线，具有极强的穿透能力。

还有科学家认为：费米伽马射线空间望远镜并不是一个完美的电子和正电子探测仪器，探测器所携带的大视场望远镜也不是设计来区分电子和正电子的，实际上，电子和正电子是非常难以区分的，这是因为该空间望远镜是处于地球上空340英里的轨道上，但是该空间望远镜取得的数据还是具有非常大的应用价值，斯特凡带领研究小组也分析了当前的结果。

另一名来自美国科维理粒子天体物理学与宇宙学研究所的教授罗杰罗姆（Roger Romani）指出：美国宇航局的费米伽马射线探测器实际上并没有做出具体的发现，这是因为地球本身就具有磁场，我们所知道磁场的特性就是能影响电子的轨迹，当来自宇宙空间各个方向的电子和正电子接近地球磁场附近时，自然弯曲的地球磁场以及地球巨大的体积就会改变电子的运动方向，并确定这些电子未来的路径。

由于地球磁场以及巨大体积的作用，这就等于告诉了伽马射线探测器，在地球周围的宇宙空间中，哪儿可以探测到电子或者正电子的存在。所以，我们利用地球磁场以及体积因素在其中的作用，我们就能选择出电子和正电子正确的运动轨迹。

此外，在之前对地球高层大气的研究中 ，使用的探空气球进行这项实验，但是探空气球的高度显然没有伽马射线空间望远镜的轨道来得高，所以也没有产生出非常大的研究成果。而使用了伽马射线空间望远镜，我们基本上可以覆盖整个地球，这就是我们为什么会使用美国宇航局的伽马射线探测器进行这项研究的一个原因。

目前，争论的焦点在于，这些正电子异常分布的源头在哪儿，如果暗物质参与了这个过程，那么Pamela探测器和费米空间望远镜的研究团队发现的正电子就是一种暗物质的标志物，其被称为弱相互作用大质量粒子（WIMP）。该粒子是一种理论上预言的粒子，被认为与暗物质密切相关。在若干个实验室中，比如CAPRICE、AMS-01研究项目，科学家发现该正电子存在于其他粒子中，并具有超过7GeV的能量，或者十亿电子伏特。PAMELA探测器测量的结果显示其可达到100 GeV的能量，但是，现在通过伽马射线探测器发现正电子能量可达到200 GeV，这是有史以来探测到的最高能量值。

由于当前理论的预言，多余的正电子能量将直接关系到弱相互作用大质量粒子（WIMP），这将表面，神秘的暗物质粒子应该具有某种特性，并且具有质量，这个消息对粒子物理学家而言，是个不错的消息。隶属于法国国家科学研究中心的安锡勒维厄（Annecy-le-Vieux）粒子物理实验室理论物理学家帕斯夸莱（Pasquale Serpico）认为：费米伽马射线探测器的结果，是一个非常强烈的暗物质信号，较PAMELA探测器而言，其结果具有很高的价值。

如果是暗物质导致了这些正电子异常的情况，那其中的问题将比脉冲星源头理论更深，更棘手。但是，现在还没有理论能区分这两个源头之间的关系。现在，理论物理学家正在等待费米伽马射线探测器最新的数据，他们希望能和理论上的预测达到一致，而费米伽马射线探测器的数据将是有一个非常强的说服力。费米国家加速器实验室的理论物理学家丹胡珀认为：这个发现最终将会是一个惊人的成就。

（近地空间正负电子分布图像与地球磁场影响）