在國際空間站上守望太空的阿爾法磁譜儀(AMS)，“上崗”一年多來讓物理學家忙個不停。2月20日，該項目的提出者和首席科學家丁肇中透露，AMS首批數據的分析報告將在幾周內發表，很可能將是暗物質研究的階段性突破。
繼去年宣布發現“疑似上帝粒子”之後，暗物質正成為物理學界著力攻打的前沿目標，相關訊息和猜想不時見諸媒體。那么，暗物質究竟有多“暗”，物理學家又是如何計畫用科學之光去照“亮”它呢?
20世紀30年代，瑞士天文學家弗里茲·茨威基(Fritz Zwicky)研究了距離我們約兩億光年的COMA星系團，他先測量了星系團中各個星系的亮度，通過已知的亮度和質量的關係，得出了可以看見的星系團質量。接下來，他又測量了各個星系的公轉速度以及它們到星系團中心的距離，通過萬有引力定律計算出了星系團的總質量。他發表了一個驚人結果：在星系團中，看得見的星系只占總質量的1/300以下，而99%以上的質量是看不見的，只能通過引力“感覺”到它們的存在。
為什麼要尋找暗物質?
在宇宙學中，暗物質(dark matter)又稱為暗質，是指無法通過電磁波的觀測進行研究，也就是不與電磁力產生作用的物質。暗物質不發光，也不反射光，無論用什麼波段的光，都找不到它們。
然而科學家卻相信，暗物質是確實存在的。這是因為質量泄露了它們的蛛絲馬跡。
1933年，瑞士天文學家茲威基通過測量發現，按照引力定律，所觀察的星系“質量不夠”，不足以使其凝聚在一起。此後幾十年中科學家對宇宙膨脹速度的測量、星系形成過程的模擬，也表明宇宙的總質量應該遠遠大於已知物質的總質量。
這些現象迫使天文學家和物理學家提出，宇宙中存在“暗物質”和“暗能量”，這些暗物質並不是由現有物理標準模型中的粒子所構成的。暗物質只參與引力作用，讓恆星、星系和宇宙能成為今天我們所能看到的樣子;而不參與電磁力作用，因此使用傳統的手段無法探測。
目前的測算表明，組成人們已知物質的質子、中子、電子等粒子，只占宇宙的4%—5%，而暗物質則占了宇宙的23%，還有72%—73%是一種導致宇宙加速膨脹的暗能量。也就是說，宇宙中絕大部分的物質和能量，對今天的科學來說都屬於未知。如果能找到暗物質，將使人類對宇宙的認識向前邁進一大步，了解到更加深遠的物質世界。
AMS如何尋找暗物質?
為了尋找暗物質，被稱為“史上最昂貴的太空實驗”的阿爾法磁譜儀(AMS)應運而生。該項目由美國華裔物理學家、諾獎得主丁肇中在1990年代中期提出，造價20多億美元，重達7噸，於2024年5月由即將退役的“奮進”號太空梭發射升空，被放置在國際空間站上。
AMS是一個國際項目，核心部件就是由中國科學家研發製造的永磁體及反符合計數器。永磁體會使帶電粒子的運行軌道發生拐彎，通過測量彎曲程度，配合其他儀器測出的粒子質量、動量，就可以知道捕獲了何種粒子。AMS的一個重要任務，就是驗證暗物質到底由什麼粒子組成。
AMS在最初18個月中，採集了250億次粒子事件。2月20日，擔任項目首席科學家的丁肇中透露，AMS首批數據的分析報告將在幾周內發表，其成果有望幫助理解暗物質的構成。
根據目前比較主流的猜想，暗物質是由弱相互作用質量子(WIMP)組成的，而WIMP碰撞湮滅，會放射出日常很難見到的正電子。因此，如能測量到高比例的正電子，將是對WIMP暗物質理論的一種支持。
據參與AMS項目的中科院高能物理所研究員陳國明介紹，AMS首批數據的分析顯示，正電子和負電子的比例曲線在30―40GeV(註：eV為電子伏特，是粒子能量單位)區間開始向上，一直到300GeV。這是顯示正電子比例較高的一個指證。
AMS的數據由全球6個小組分析，並互相“挑錯”以達成一致。陳國明表示，中國小組的分析成果成為論文的關鍵環節。據介紹，正電子動量很高時，正負電荷的確定變得不容易;另一方面，正電子和質子由於帶電荷相同，也容易混淆。中科院高能所已就此研究了數年，數據分析相當精確。