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我所召开“科技创新论坛”座谈会


9月7日下午,党委书记王焕玉主持召开了“科技创新论坛”座谈会,会议主题是“暗物质的研究和探测”。李金,张新民,宋黎明,胡红波,杨长根,毕效军,姚志国,马欣华,张吉龙,卢红,谢永红,周筱冰等参加了会议。

会上,王焕玉书记首先介绍了我所中长期规划小组的建议:创新论坛可以通过多种形式更加有效地开展对高能所未来发展的探讨。此次座谈会就是一种新的尝试,主要邀请对暗物质研究与探测感兴趣的同志,结合科学院三期创新目标,共同探讨在高能所可以开展哪些与暗物质相关的研究工作。科技业务处处长卢红带来新的信息:科学院基础局认为暗物质研究是基础科学研究的重要方向之一,院里也将加大在暗物质研究和探测上的支持力度。

张新民研究员认为,目前国家和科学院对于暗物质问题的研究都很重视,而国内的几个大型实验装置如LAMOST和羊八井观察站都可能具有研究暗物质和暗能量问题的潜力,需要更加细致深入的物理研究,在装置建设的同时加强物理方面的研究工作,高能所具有这样的条件,应该担负起国内在这一领域的研究工作。

李金研究员发言指出,暗物质研究已经得到世界范围的普遍关注并引起极大的研究热情,但在我所相关的研究仍显滞后,大家的热情也不是很高。象今天这样的座谈会应该更早些开,相关的研究也应该更早就开展。当然,这和我所的具体情况有关,因为我所承担着正负电子对撞机的项目,许多部门和人员是和工程相关的,需要更多地关注着某些具体工作的进展和落实。而暗物质探测却是对于一种未知事物的探索,更像一种探险,在到达目标之前永远无法预知结果,也不知道你选择的道路是否能够走的通,但这就是科学研究,只有去做了,才可能有结果,才能够知道是什么样的结果。回顾近代物理学的发展,从对原子原子核的结构的认识开始,乃至李政道和杨振宁发现宇称不守恒到标准模型的建立,绝大多数的重大进步和发现都是对当时人们普遍关注的热点和焦点问题的解决而获得的。高能所在开展暗物质和暗能量问题的研究上,无论从理论研究还是实验探测技术,都具有很好的基础,人才济济,在新的环境下我们应该加强对于这个方面的认识和研究。

随后,大家就应该从哪些方面着手开始相关工作展开了讨论。大家认为,以下的几个方向应该得到关注:羊八井和AMS探测暗物质的可能性,以及可能的改进方案;建立地下实验室,以暗物质研究为契机,开展地下平台的多学科研究。毕效军已经开展了在羊八井探测暗物质的相关研究,根据他的结果显示,在目前关于暗物质的理论参数较有利的情况下有可能在ARGO上探测到来自暗物质子结构的湮灭信号;然而,可能在很大的参数空间下,ARGO还探测不到这样的信号。胡红波提出与美国Milagro实验室合作在羊八井建立水契仑可夫阵列的HAWC(High Altitude Water Cherenkov)项目可以比目前的ARGO实验灵敏度高近20倍。如果这一项目建成,不但可以使我国拥有世界上一流的天文观测基地,也可以有效地进行暗物质的探测。此外,宋黎明也提议我们也应该关注广角契仑可夫望远镜技术的发展和建造的可能。

关于建造地下实验室的提议同样得到积极的响应,大家认为目前韩国和日本都建造了地下实验室,而就地质条件来讲,中国是得天独厚,建造地下实验室的条件要优越的多,我们应该积极推动此项研究,确立物理目标,认真预研,踏踏实实做起来。通过查询网络资料报道,陕西秦岭终南山公路隧道今年4月正式通车,长18公里,其中在1公里覆盖下的长度有4公里,由铁道部第一勘察设计院设计,15分钟穿越秦岭。通过电话了解,四川二滩电站正在建设一条公路隧道,长17公里,预计2007年通车。最大覆盖岩层厚2500米,70%的路段在1500米之上,岩石以石灰岩和大理岩为主。还有贵州六盘水地区也具备建造低本底实验室的地质条件。可以到国家公路局、国家公路设计院进行咨询,还可以实地勘查,请有关专家提出选址的原则,带着调查提纲实地调研和选址。UCLA的王汉国博士负责的ZEPLIN III暗物质探测项目已处于世界前沿水平,并有意愿与高能所合作,他表示如果国内有合适的地下实验室,就可以在国内开展此项目。因此,与王汉国博士合作进行ZEPLIN III项目的研究,对加快我国暗物质探测研究的进展将有很大的帮助。

最后,大家希望在适当时候召开下次会议,汇报各方面的进展情况,待项目基本成形后向学术委员会提交申请报告。

 

小资料:
    自从1933瑞士天文学家Fritz Zwicky在星系团测量中得到暗物质存在的第一个证据后,七十年来有大量的实验在各种不同的尺度上:太阳系,星系,星系团和宇宙学尺度上,应用各种不同的探测技术,根据不同的实验原理得到大量的自恰的暗物质存在的证据。今天看来,宇宙中暗物质的存在已是一个不容置疑的事实。特别是WMAP卫星的实验结果,使得宇宙学的研究从过去的一种定性的或者半定量的研究转而成为一门精度几乎可以与实验室精度相当的精确科学,不久即将开展的几个新的实验项目PLANK,SNAP等还将把宇宙学的测量精度进一步提高;在这样的一种环境下,宇宙学研究自然成为基本物理学研究中人们关注的新的焦点。此外,基本粒子物理标准模型的建立得到了欧洲核子物理中心LEP实验的精确检验,除了标准模型的Higgs粒子尚未发现外,人们在对撞机实验上没有发现任何超出标准模型的新物理存在的迹象;然而,大部分物理学家认为标准模型应该是一个低能有效理论,应该存在超出这个理论的新物理存在。尽管人们没有在对撞机上找到这样的信号,新物理还是在宇宙的产生和演化过程中留下了其存在的证据:如暗物质的存在,今天宇宙的加速膨胀,宇宙中正反物质的不对称等,这些现象都是标准模型所无法解释的。因此,通过宇宙学来研究基本粒子理论,在这里寻找新物理的可能的形式就成为一种必然的趋势。粒子宇宙学成了一门新的学科,它通过联系人类能够探索到的极大和极小尺度的物理来寻求新的物理规律并引起了全世界高能物理学家的关注。尤其是暗物质问题,是最有可能在近期得到解决的一个问题,因此更被当作是重之重,现在世界上各类探测暗物质的实验达到近二十个。这是科学研究自身发展的要求和新的实验进展所引导的必然趋势。2002年美国国家研究委员会的报告将暗物质问题列为新世纪要解答的11个科学问题之首。这些发展也引起了公众极大的兴趣,如美国《科学》杂志将宇宙模型的建立选为2003年度世界十大科技进展之首。

尽管暗物质的存在得到了实验的证实,但暗物质究竟是什么粒子,其性质如何仍然不为人们了解。一种自然的暗物质候选者是具有弱相互作用的粒子(WIMP),因为这样的粒子可以象微波背景一样作为一种早期热平衡的遗迹而保留下来,其丰度和今天实验观测一致,既占宇宙总物质的23%。目前人们主要通过两种方案来探测这样的粒子:‘直接探测’实验探测的是地球周围暗物质与探测器物质发生碰撞所产生的信号;‘间接探测’实验探测暗物质粒子湮灭的产物,如高能g射线,中微子,反质子和正电子等。比如中意科学家合作的DAMA实验就是通过年调制的效应来直接测量暗物质存在的证据;而羊八井实验和AMS可以探测暗物质湮灭所产生的高能g射线,从而间接探测暗物质的存在。这些项目都有高能所的科研人员参加,应该说我所是具有暗物质研究的很好的便利条件的。

(科技处 供稿)

 

 

 

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