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新聞分析:中國“悟空”捕捉暗物質“蛛絲馬跡”
2017-11-30 04:07:31 來源: 新華網
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  新華社倫敦11月29日電 新聞分析:中國“悟空”捕捉暗物質“蛛絲馬跡”

  新華社記者張家偉

  暗物質,這個看不見也摸不著的宇宙中“缺失質量”至今無法被直接證實,對于這片“物理學天空中的烏雲”,國際科學界一直執著探尋。

  英國《自然》雜志29日在線發表報告説,基于中國暗物質粒子探測衛星“悟空”收集的數據,中國科研團隊獲取了目前國際上在萬億電子伏特能段精度最高的電子宇宙射線探測結果,有助于進一步捕捉暗物質存在的“蛛絲馬跡”。

  “悟空”首席科學家、中科院紫金山天文臺副臺長常進在中國科學院發布暗物質粒子探測衛星首批科學成果(11月27日攝)。新華社記者 金立旺 攝

  探尋幽靈般存在

  暗物質不發光,也不參與電磁相互作用,無法用任何光學或電磁觀測設備直接觀察,科學家只能通過引力産生的效應來推測它的存在。目前主流觀點認為,宇宙中已知的普通物質不到5%,即標準粒子物理模型能解釋的物質;95%以上是至今仍籠罩神秘面紗的暗物質和暗能量。

  了解暗物質,才有機會深入認識浩瀚宇宙。近年來,全球多個項目通過不同類型設備持續暗物質探索。這其中包括:歐洲核子研究中心大型強子對撞機開展的對撞實驗,目的是通過粒子對撞産生暗物質;中國四川錦屏地下的PandaX(熊貓計劃)、已完成使命的美國LUX項目等屬于測量暗物質散射至液體或固體的實驗。

  除了在地球上的對撞或散射實驗,一些國家也在太空中基于暗物質湮滅産生反物質的原理開展相關探測,典型代表就是中國的“悟空”。

  “悟空”2015年12月發射升空,是中國首顆暗物質粒子探測衛星。與國際上類似的空間探測器相比,“悟空”在“高能電子、伽馬射線的能量測量準確度”以及“區分不同種類粒子的能力”這兩項關鍵技術指標上處于領先地位,特別適合尋找暗物質粒子湮滅過程産生的一些非常尖銳的能譜信號。能譜指的是電子數目隨能量的變化情況。

  搭載暗物質粒子探測衛星的長徵二號丁運載火箭升空(2015年12月17日攝)。新華社記者 金立旺 攝

  探測潛力可觀

  《自然》物理科學主編卡爾·日耶梅利斯告訴新華社記者:“高能電子宇宙射線能譜可為科學家探尋這些高能粒子源頭提供線索,而這一源頭可能包含的進程或許會涉及至今仍難以捉摸的暗物質,發表在《自然》上的最新探測結果也證實了暗物質粒子探測衛星在測量這類能譜上的可觀潛力。”

  當前,國際上對在太空中搜尋暗物質有較高期待。日耶梅利斯認為,在暗物質的探索中,像“悟空”這樣的空間探測器被寄予厚望,但也不要忘記暗物質並不是天體物理學家需要解答的唯一問題,“‘悟空’獲取的高能宇宙射線能譜信息將推動新理論發展,不管它是否能找到暗物質”。

  “悟空”衛星地面科學應用係統副總設計師、紫金山天文臺研究員范一中接受新華社記者採訪時説,地面實驗主要進行的是暗物質直接探測,也就是探測暗物質粒子與普通物質之間的碰撞過程,空間儀器的間接探測和地面直接探測所基于的物理假設區別很大,所以更多是互補關係。

  對于空間儀器探測能否帶來更大優勢,范一中説:“地面實驗的一個優勢是周期較短,探測器可以建得越來越大,而空間探測周期更長,所以不好直接判斷哪個方面的實驗最先取得突破。”

  探索中前行

  什麼時候能找到暗物質存在的確切證據?對暗物質探索一線的科學家來説,尋找一種充滿未知的物質,不管是地面還是太空,都需要更多不同類型探測器,收集更多數據,排除更多理論假説,才可能找到認識暗物質的正確方向。

  《自然》網站此前刊登的一篇報道説,一些運作高靈敏度暗物質探測儀器的團隊至今無法獲得實質成果,這給理論物理學家的一些主流觀點帶來挑戰。

  該報道稱,歐洲XENON1T項目在10月底發布的新數據中仍沒有太多實質收獲,延續了過去30年裏科學家探尋暗物質粒子過程中遇到的困境。一些空間儀器以及歐洲核子研究中心的相關項目同樣沒有發現暗物質粒子的蹤跡。

  在“悟空”之前,美國航天局的費米太空望遠鏡已運行多年,它包括了廣域望遠鏡和伽馬射線暴監視係統,能夠對伽馬射線進行測量,這有助探尋暗物質粒子。此外,由諾貝爾獎得主丁肇中領導的阿爾法磁譜儀項目也一直走在探索暗物質前沿,阿爾法磁譜儀進入太空軌道多年來收集了大量宇宙射線事件,為理解宇宙射線産生、延伸以及探索暗物質提供了重要的基礎信息。

  “悟空”的出現無疑為這一領域的探測增添了利器。范一中説,中國自主進行的暗物質探測實驗實際上剛剛起步幾年時間,但無論間接探測還是直接探測,中國團隊都取得了國際上引人矚目的進展,“目前社會各界也對暗物質探測予以了前所未有的期待和關注。我們珍惜這一切,也期待社會各界給科學家們更多的時間”。

 

 

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【糾錯】 責任編輯: 張茵
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