中国暗物质与暗能量研究五至十年展望
■ 季向东 张新民 谌勋 / 文
暗物质和暗能量的研究是当前基础物理研究最前沿的方向之一，突破性的重要进展将极大促进我们对物质世界的微观结构以及宇宙演化的理解。
在2015年7月的香山科学会议上，一批从事这方面科研以及一批感兴趣的科学家讨论了未来5至10年我国在暗物质暗能量研究方面可能的规划和布局，建议依托锦屏地下实验室进行更大规模的暗物质直接探测实验，并开展卫星暗物质间接探测实验，力争在暗物质研究方面达到世界领先水平。同时建议在西藏阿里地区进行宇宙微波背景辐射观测，并通过空间站和地面望远镜进行深空巡天观测，从而实现对暗能量的深入研究。
2020全国高考语文《科学通报》2016年第61卷第11期的“香山科学会议专栏”发表了季向东、张新民、谌勋的文章《中国暗物质与暗能量研究5-10年展望》。
对暗物质和暗能量的研究是当代基础物理学最前沿的方向之一。天体物理和宇宙学的研究表明，暗物质和暗能量在宇宙的演化过程中起着重要作用，然而粒子物理标准模型中没有给暗
物质和暗能量的本质提供解释。这预示着对于暗物质和暗能量进行实验和理论上的探索将大大深化我们对微观世界结构和宇宙演化的理解，并极有可能产生物理学基础理论革命性的突破。
在对其进一步研究中，以下的问题急需得到回答：新加坡国立大学专业
教堂英文
1、暗物质是不是一种基本粒子?在实验室中或通过卫星/空间站探测器是否能观测到?
2、暗物质粒子能不能在高能加速器上产生?它们和标准模型粒子是如何相互作用的?如何证明它们就是天文观测到的暗物质?
3、暗物质是如何决定星系团和星系的结构形成过程的?
truck是什么意思4、我们已知的唯一的暗物质——中微子——的本性是什么?是中性的Majorana费米子吗?
5、暗能量的物理性质是什么?状态方程是什么?
6、宇宙早期大爆炸产生的原始引力波信号能不能观测到?
为了解答这些问题，国家需要规划和设计相应的研究路线，针对各方面条件进行优化，以充分利用已有的技术和资源，和世界上其他的研究团队进行竞争和合作，并最终在相关问题的研究中获得突破进展。
一、国际研究和规划现状
rating是什么意思国际物理学界对暗物质和暗能量的研究相当重视，美国、欧洲和日本等国家和地区都进行了相应的规划和布局。
2007年，美国自然科学基金会(NSF)、美国国家航空航天局(NASA)、美国能源部(DOE)联合成立的暗物质研究评估小组，发布报告指出，宇宙里面暗物质之谜的解决具有极特别的科学意义，并建议美国加大投入，以保持领先地位。
海淀翻译公司美国国家科学院发布的天文及天体物理2012至2021十年规划中，暗物质和暗能量是主要的研究方向。2014年7月，DOE宣布将和NSF一起联合支持第二代暗物质探测项目LZ，SuperCDMS-SNOLAB和ADMX-Gen2，其中LZ预期在2018年建成，其灵敏区域将包含7吨氙，到时候将是世界上最大的暗物质直接探测实验。美国同时通过搭载于费米(Fermi)卫
星上的大面积望远镜和位于国际空间站上的阿尔法磁谱仪(AMS-02)进行暗物质的间接探测。自20世纪80年代以来美国先后通过COBE卫星，WMAP卫星对宇宙微波背景辐射进行观测，从而发现了暗能量的存在。从21世纪开始的斯隆数字巡天(SDSS)，暗能量巡天(DES)通过对超新星和弱引力透镜的观测，以试图获得更多关于暗能量的信息。暗能量谱仪装置(DESI)、广域红外巡天望远镜(WFIRST)、大型综合巡天望远镜(LSST)正在建造当中，以期在建成后能对暗能量进行更加精细的测量。
斯隆数字巡天用的望远镜（图片来源：SDSS）
2008年，欧洲天体粒子物理联盟所规划的路线图中，吨量级的暗物质直接探测实验位于其所规划的7个项目之首。欧洲方面对下一代暗物质实验的支持主要是基于2吨级液氙的XENON1T和后续的6吨级别的XENONnT以及基于液氩的DarkSide-50，此外，20吨级的达尔文惰性气体暗物质探测器(DARWIN)也在进行积极的预研。在暗能量方面，2009年发射的普朗克(Planck)空间观测站已经完成了它的使命，并于今年年初给出了最新的宇宙学参数限制。欧洲下一步计划在2020年发射欧几里得(Euclid)航天器来精确测量宇宙膨胀，从而深入理解暗能量和暗物质。驿站的意思解释
型号英语
实业有限公司英文建在意大利格兰萨索地下实验室的XENON1T（图片来源：GranSasso）
2007年，日本成立了Kavli宇宙物理与数学研究所，暗物质与暗能量是其研究的重要课题。日本则正在为其昴星团望远镜(Subaru)升级HSC数字照相机，并成立了PFS合作组，以进行高精度的深空观测，从而探索暗能量更多的细节。
二、国内规划和研究现状
国家对暗物质和暗能量的研究非常重视。国务院在2006年制定的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006~2020年)》里面定义了8个基础研究前沿领域，“暗物质和暗能量的本质”是“物质深层次结构和宇宙大尺度物理学规律”领域内的主要研究方向之一。
在中国科学院的战略研究系列报告《中国至2050年重大交叉前沿科技领域发展路线图》中，将暗物质和暗能量列为可能实现革命性突破的4个基本科学问题的第一位。该路线图里面提到“揭开暗物质、暗能量之谜，将是人类认识宇宙的又一次重大飞跃，可能导致一场新的物理学革命。为此，需投资建设几项关键性的探测暗物质、暗能量的重大实验装置，包括地下和太空的粒子探测器和在南极建立大口径天文望远镜，以取得第一手实验数据，在国际竞争中处于主导地位。”
2008年，由中国科学院牵头，中国科学家团队制订了一个“上天入地到南极”的暗物质和暗能量探测的发展路线图，其中“上天”指暗物质探测卫星，“入地”指四川锦屏地下暗物质探测，“到南极”指在南极昆仑站建设大型天文望远镜来探测。这些项目得到了积极的推进，并取得了丰富的成果。
2009年，名为“暗物质的理论研究及实验预研”的国家重点基础研究发展计划(“973”项目)得到了科技部批准，中国科学院多个研究所及多所教育部直属大学参与其中。
该项目的成功实施取得了丰硕的理论和实验研究成果，位于锦屏地下实验室的暗物质直接探测实验以及暗物质卫星实验都得到了该项目的支持。
最引人注目的实验进展来自于锦屏地下实验室的暗物质直接探测项目中国暗物质实验(CDEX)和粒子物理和天体物理氙探测器(PandaX)。CDEX合作组使用点电极高纯锗探测器来探测轻质量区域的暗物质。2013年，CDEX发表了首批低质量区域暗物质直接探测结果，这也是中国在暗物质直接探测方面从无到有的一个突破进展。2014年底，该合作组发表了国际同类型实验里10 GeV以下能区灵敏度最高的实验结果，确定性地排除了美国同类型实验CoGeNT实验组给出的疑似暗物质信号。
