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“悟空”衛星或探測到暗物質存在證據
2017-12-01 07:52:56 來源: 新京報
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  11月30日,中國科學衛星係列首發星——暗物質粒子探測衛星“悟空”衛星在軌運行前530天採集的數據在Nature雜志發表。“悟空”有充分數據證實,在太空中測量到了電子宇宙射線的一處異常波動。這一波動此前從未被觀測到,意味著中國科學家取得一項開創性發現,且有可能與暗物質相關。

  宇宙中暗物質比普通物質多5倍

  宇宙中有著沉默的大多數——暗物質和暗能量。天文觀測表明暗物質比人類目前熟悉的普通物質要多5倍,其物理本質是目前國際上粒子物理和天體物理領域的最重大問題之一。

  20世紀30年代,世界各國科學家就開始對暗物質的探索,其存在已獲大量天文觀測和理論研究的支持,但其不屬于粒子物理標準模型中的已知物質,因此理解暗物質屬性是當代物理學面臨的一大挑戰,它也被比作“籠罩在21世紀物理學天空中的烏雲”。

  2015年12月17日,中國科學衛星係列首發星——暗物質粒子探測衛星“悟空”成功發射升空,它的任務就是用“火眼金睛”幫助科學家尋找神秘的暗物質。

  “悟空號”升天以來,它在前530天共採集了約28億例高能宇宙射線,其中包含約150萬例25GeV以上的電子宇宙射線。基于這些數據科研人員成功獲取了目前國際上精度最高的TeV電子宇宙射線探測結果。

  暗物質衛星工程首席科學家常進介紹,電子宇宙射線的正常能譜變化應該是一條平滑曲線,但根據“悟空”的觀測數據,在1.4萬億電子伏特(TeV)的超高能譜段突然出現劇烈波動,呈現一個“尖峰”。這表明,此處必然有一個全新的物理現象。

  或將帶來物理理論框架上的創新

  中國科學院院士白春禮表示,“悟空”衛星這次探測成果,基本可以確定拐折的存在,至于精細結構,等再過一年,搜集更多的數據後,仔細分析它的屬性,屆時或許會帶來物理理論框架上的創新。

  “坦誠地説,去年4、5月份常進老師的電腦屏幕上展現出相關跡象的時候,我們是既激動,又擔心。激動的是出現了重大發現的苗頭,擔心的是這個跡象是不是由于我們能量測得不準。在那之後的一年裏,紫臺和中科大投入了大量的人力核查,幾乎每個周末中科大的張雲龍博士都要帶隊去紫金山天文臺進行深入討論。我們最後確信能量測量結果是可靠的。現在我們除了深入發展分析的方法,就是等待悟空號收集更多的數據。”暗物質衛星科學應用係統副總師范一中談到這個精細結構時,聲音都提高了。

  暗物質對人類的生活有什麼意義?“我無法告訴你暗物質有什麼意義,但科學上的每一次進步都會改變人類生活。量子力學發現時,沒人知道會對人類生活産生什麼影響,但現在每天的生活,玩手機、看電視這些活動都離不開100年前量子力學和相對論的發現。”常進説。

  ■ 揭秘

  火眼金睛的“悟空”衛星好用、經濟

  帶著揭秘“暗物質”任務的“悟空號”衛星,採用了中國科學院紫金山天文臺研究人員自主提出的分辨粒子種類的新探測技術方法,能實現對高能(5 GeV-10 TeV)電子、伽馬射線的“經濟適用型”觀測。

  “來自宇宙空間的粒子能譜根據我們已知的物理規律有其特定的分布,其分布規律是逐漸下降的。如果出現異常,必然有著新的物理原因。根據目前理論物理學家的解釋,如果暗物質粒子相互碰撞並湮滅,將可能轉換為高能電子。那麼到空間去精確地探測高能電子能譜,就可能發現暗物質存在的蛛絲馬跡。‘悟空號’瞄準這個方向。”中國科學院院士白春禮表示。

  1 看得清

  “悟空”衛星觀測能段范圍在5 GeV-10 TeV,這是什麼概念?1 GeV等于10億電子伏特,1TeV等于1萬億電子伏特,人類眼睛最敏感的可見光的能量約為2電子伏特。相比于國外的空間探測設備,如美國宇航局費米太空望遠鏡的大面積相機,“悟空號”是目前世界上觀測能段范圍最寬的。

  2 找得準

  “悟空”衛星的動態范圍達到100萬倍。常進打了一個比方解釋了100萬倍,大能看到身高2米的人,小能看清他體內每一個血小板。此外,“悟空”累計探測超過35億個高能宇宙射線,從中搜尋到100多個“奇異”電子,精準度相當于“在上千萬人口的城市裏找到特定的一個人”。

  3 經濟型

  加持這些優點的“悟空號”還是一名“經濟型”選手。據介紹,“悟空”衛星的檢測成本是費米Fermi-LAT的七分之一,是阿爾法磁譜儀AMS-02的二十分之一。(記者王俊)

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【糾錯】 責任編輯: 劉陽
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