暗物质_暗能量研究进展及中国的机遇_张新民

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1、展发tn科em暗物质、暗能量研究进展学ploev*e及中国的机遇Dyranliipc张新民1陈学雷2isD（1中国科学院高能物理研究所北京1000392中国科学院国家天文台北京100012）摘要暗物质和暗能量是21世纪天文学和物理学研究中的两个重大科学问题。文章首先简述了宇宙学研究的历史和现状以及对粒子物理学提出的新挑战，接着较详细地介绍了暗物质和暗能量相关的科学问题以及近年来在国际上该研究领域所取得的进展，最后展望了我国在暗物质暗能量实验探测研究方面的前景。关键词粒子宇宙学，暗物质，暗能量DOI：10.3969/j.issn.1000-3045.2011.05

2、.002近10余参数进行了精确的测量，不仅使宇宙学研究年，宇宙学研步入了辉煌的时代，同时对物理学提出了究发展迅速，重大挑战。这些天文观测告诉我们，宇宙的人们对宇宙有基本组成中大约73%是暗能量，23%是暗物了全新的认质。识。2010年年从粒子物理学研究物质基本结构的观底，在本世纪点出发，我们知道普通物质是由分子、原子首个10年即构成。然而分子、原子不是最基本的，目前已将结束之际，知的基本粒子是由粒子物理标准模型所描美国《科学》杂述的夸克和轻子以及传递相互作用的规范张新民研究员志审视了进入玻色子。但是，天文观测告诉我们这些普通新千年以来所取得的重要的科学进步，评选

3、物质只占4%，而96%是暗物质和暗能量。出了10项科学成就（Insightsofthe暗物质、暗能量问题对粒子物理学提出了重Decade[1]。这是对大的挑战。寻找暗物质粒子、研究暗能量的），“精确宇宙学”名列其中宇宙学研究的一个肯定。的确，在过去的10物理本质、探索宇宙起源及演化的奥秘，结年间，以Wilkinson微波背景各向异性探测合粒子物理和宇宙学的研究已成为21世纪器（WilkinsonMicrowaveAnisotropyProbe，天文学和物理学发展的一个重要趋势。目前简称WMAP）为代表的天文观测对宇宙学世界各国都在集中人力、物力和财力组织攻关，开

4、展这一重大交叉学科的研究。自实施*收稿日期：2011年8月21日知识创新工程一期起，中科院就将粒子宇宙4962011年.第26卷.第5期暗物质、暗能量研究进展及中国的机遇学列为重要研究方向。经过多年的努力，度上发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱，进我国科学家在宇宙学暗物质、暗能量理论研一步证实了大爆炸宇宙学模型，更重要的究、计算宇宙学研究以及基于国际合作的实是他们还发现了微波背景辐射上幅度大约验研究方面都取得了一些显著的成果。但是只有十万分之一的各向异性。为此，约翰·马就整体水平而言，特别是在以我为主的实验瑟和乔治·斯穆特获得了2006年的诺贝尔研究方面，与世界水平

5、还相差甚大。但十物理学奖。这个小的温度涨落，根据目前的分可喜的是，经过多年的研究和探讨，我国流行理论，起源于早期宇宙的暴涨过程科学家通过认真调研国际上在这一领域的（Inflation）的量子涨落，正是这一原初涨落研究现状和发展趋势,特别是结合我国的具造成了宇宙物质分布的不均匀性，最终得以体情况已初步绘制了我国开展暗物质、暗能形成诸如星系团等的宇宙结构。量探测的“上天入地到南极”的路线图，为自COBE之后，特别是1998年以来观未来发展奠定了一个好的基础。测宇宙学的研究取得了一系列重大进展，本文将评述暗物质、暗能量领域的研究具有里程碑意义的是1998年超新星[2，

6、3]观测和发展。首先介绍宇宙学研究的历史，现发现宇宙在加速膨胀，揭示了暗能量的存状以及精确宇宙学对粒子物理提出的新挑在；2000年BOOMERANG和MAXIMA气战；接着将介绍国内外暗物质、暗能量研究球实验对CMB温度功率谱第一峰位置的的发展状况以及我国在暗物质、暗能量实验测量揭示了宇宙是平坦的；2002年DASI第探测研究方面的前景。一次发现了CMB的极化；特别是2003年1以来WMAP[4]对CMB的精确测量，斯隆数精确宇宙学和粒子物理新挑战字巡天（SDSS）[5]大尺度结构（LSS）的观测探索宇宙起源及演化的奥秘是天文学和物理学研究的一个最基本的问题。大

7、爆以及更大样本的超新星（SN）观测等对宇宙炸宇宙学模型告诉我们，大约137亿年前，学参数进行了精确的测量，使宇宙学的研究大爆炸发生的那一刻，宇宙处于一个极致步入了辉煌的精确宇宙学时代。美国《科学》密、极高温的状态，之后宇宙逐渐膨胀、冷却杂志是这样评述精确宇宙学的：“在过去10并演化至今。大爆炸宇宙模型的一个重要预年中，研究人员非常精确地推测出宇宙物质言是宇宙微波背景辐射（CMB）。它产生于的成分是普通物质、暗物质和暗能量。同时，大爆炸发生之后大约38万年，那时宇宙的他们阐述了将这些成分组成宇宙的方法。这温度非常高，宇宙气体处于高度热平衡，发些进展将宇宙学转变成为

8、一种有着标准理出的辐射光