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“大数据”助丁肇中找到暗物质存在的新证据

木马童年 2020-2-15 13:25 16 0

近日,诺贝尔奖得主、美籍华人物理学家丁肇中领导的阿尔法磁谱仪项目,在欧洲核子研究中心公布了最新研究成果,进一步显示暗物质可能存在。这一成果发表在最新一期美国《物理评论快报》上,再次让世界轰动。 国外 ...

近日,诺贝尔奖得主、美籍华人物理学家丁肇中领导的阿尔法磁谱仪项目,在欧洲核子研究中心公布了最新研究成果,进一步显示暗物质可能存在。这一成果发表在最新一期美国《物理评论快报》上,再次让世界轰动。

“大数据”助丁肇中找到暗物质存在的新证据

国外科学家绘制的宇宙暗物质

据了解,丁肇中主持的AMS实验通过收集宇宙射线,依靠云计算大数据处理,来寻找暗物质留下的证据,其中一个重要的线索就是正电子,而捕捉这个线索的就是AMS。

AMS迄今已运行40多个月,共搜集了540亿个宇宙射线数据。它从410亿个宇宙射线数据中捕捉到1000万个电子和正电子。

东南大学计算机科学与工程学院院长罗军舟领衔的技术团队2002年与丁肇中合作,昨天,该院副教授东方告诉记者,恒星爆炸或其他天文现象会产生宇宙射线,这些射线穿越宇宙空间,最终抵达地球,宇宙射线由带电粒子组成,不过这些粒子中很多都会在大气层中被吸收,无法进行地面研究,但在大气层外部,AMS将有能力对这些粒子进行筛选,寻找反物质和暗物质。

“粒子进入AMS后,逐层的探测器将测量粒子的质量、能量、速度,还会测量粒子的入射方向和穿越轨迹。”东方说,暗物质的碰撞会产生正电子,如果能捕捉到正电子,就可以印证暗物质的存在。为验明暗物质的“真身”,科学家构建了一个理论模型,其中,暗物质有6个特征。

18日晚,丁肇中对记者表示,暗物质碰撞产生过量正电子有6个特征,其中开始点、上升速率、最高点等5个特征都已被阿尔法磁谱仪测量到,最后1个特征就是测量正电子产生率会不会突然下降。“是不是暗物质?要看最后一个结果。”

东大完成了一半多的数据分析量

从410亿个宇宙射线数据中,捕捉1000多万个电子和正电子,这项比淘金还难的数据分析,是怎么完成的?

东方介绍,AMS探测器于2011年研究成功,并于当年5月16日发射成功,从此在国际空间站运转。2011年5月19日以来,国际空间站将数据源源不断传输到地球上,进行数据分析。

2002年开始,东南大学作为中国大陆第一所参与AMS项目的高校与丁肇中教授合作,包括参与AMS探测器的合作研制和建立东南大学AMS-02数据处理和分析中心。

东方说,自2011年5月AMS探测器升空以来,目前已累计接收到来自国际空间站的数据107TB,未来十年的实验数据总量将达到4PB。

“AMS实验大致可以分为对于原始数据的数据重建和仿真数据的生成,我们完成整个AMS数据分析量在一半以上。”东方说。

东南大学计算机科学与工程学院院长罗军舟教授介绍,截至目前,东南大学AMS-SOC在第一轮和第二轮实验中,处理和分析的数据总量超过556TB,累计贡献超过85万CPU小时,在AMS-02全球六个地区(中国、德国、意大利、西班牙、法国、中国台湾)数据处理中心排行第一。

这556TB相当于多大的数量级呢?东方打了个比方,如果按照1部电影约1G的容量来计算的话,556TB相当于处理了50多万部电影的数据,拥有30个中国国家图书馆信息存储量。

东方说,从2002年与丁肇中团队合作后,至今,东大已经先后有约15位师生参与AMS项目,主要为云计算提供关键技术支撑,并利用云计算和大数据技术助力AMS以给出暗物质的有力证据。“目前,我们正在数据处理和分析中心进行扩容。”

科普一下

什么是暗物质?

暗物质是宇宙中看不见的物质。现在我们看到的天体,要么发光,如太阳,要么反光,如月亮,但有迹象表明,宇宙中还存在大量人们看不见的物质。它们不发出可见光或其他电磁波,用天文望远镜观测不到。但它们能够产生万有引力,对可见的物质产生作用。

迄今的研究和分析表明,暗物质在宇宙中所占的份额远远超过目前人类可以看到的物质。宇宙中最重要的成分是暗物质和暗能量,暗物质占宇宙25%,暗能量占70%,我们通常所观测到的普通物质只占宇宙质量的5%。

探测暗物质有何意义?

暗物质被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题。目前,暗物质的存在已经被人们普遍接受。人们认为暗物质促成了宇宙结构的形成,如果没有暗物质就不会形成星系、恒星和行星,更谈不上今天的人类了。探测和研究暗物质很可能导致物理学界新的革命。

如何探测?

暗物质的探测方法主要分为直接探测法和间接探测法。阿尔法磁谱仪项目则属于后者。

阿尔法磁谱仪项目实际上是一个大型粒子物理实验,首要目的是寻找宇宙中的暗物质及其起源。暗物质碰撞会产生额外的正电子,这些正电子的特征会被阿尔法磁谱仪精确地测量到。via:现代快报

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