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台大研究暗物質 200萬平價超級電腦立功

自由時報 – 2014年7月3日 上午6:10

打敗歐洲30億美元「大強子對撞機」

〔自由時報記者陳炳宏／台北報導〕總重量佔宇宙約八成五的暗物質究竟為何物？始終是近代天文物理的重大謎團。

可解釋星系核心黑洞的形成

台大天文物理所與西班牙巴斯克大學合作，利用台幣兩百萬打造出的顯示卡叢集運算系統，發現暗物質其實是「（Ψ暗物質粒子）極輕型粒子」，但密度極大，據此可解釋星系核心黑洞的形成。這項發現獲選為最新一期《自然物理》（Nature Physics）國際期刊的封面論文，備受國際矚目。

歐洲有花了三十億美元、聚集八千位物理學家參與的「大強子對撞機」，運轉五年未有具體發現。台大天文物理所教授闕志鴻指出，過去學界普遍相信暗物質是「重」粒子，希望透過大強子對撞機找到，但偵測實驗結果多令人失望。

重粒子觀點也受到天文界質疑，因其特性與哈伯望遠鏡觀察星系的結果似乎不符，因此學界出現新思維，「極輕」型粒子的可能性便是之一。

台大物理系博士薛熙于、教授闕志鴻及西班牙巴斯克大學的布羅荷斯特教授共同發表的「暗物質波的量子干涉形成宇宙結構」論文，是第一個對極輕暗物質提出定量預測，被視為推翻重粒子理論的重大突破。

薛熙于研發出一套超高速高解析度「三維動態數值模擬運算」機，使天文電腦模擬運算時間縮短近百倍，並將空間解析度成功提升二十多倍，再和布羅荷斯特提供的天文觀測資料比較，印證暗物質大部分其實是「極輕型粒子」。

Ψ暗物質粒子特性，包括波長達一千光年、密度較液態水高一百萬倍、更確定出其質量，僅約為電子的十的負二十八次方倍。

研究團隊進一步分析，如此輕的粒子，為何總重量佔宇宙的八十五％？原因在其粒子密度非常高。若要偵測這種暗物質，要用與對撞機不同的概念，這也將是未來大型國際觀測的重點計畫。

這次研究成功關鍵之一，在於實驗室自行打造的平價版超級電腦，加上七十年次的薛熙于負責超高速3D動態模擬運算程式進行演算，才有驚人成果。

薛熙于指出，台大團隊早在二○○七年就已有Ψ暗物質相關推論，二○一○年發表世界上第一個成功將多張圖型顯示卡與自適性網格作高效率結合，使天文電腦模擬運算時間縮短近百倍。他進一步把此技術應用到Ψ暗物質研究，才得以發現輕粒子的存在。