中国暗物质粒子探测卫星取得重大突破

这是一只勤奋的“猴子”,它每天绕地球飞行15圈,每圈4万多公里,一天下来“腾云驾雾”60多万公里;这是一只练就了“火眼金睛”的“猴子”,它肩负着中国人的空间科学梦想,在茫茫宇宙中捕捉神秘的“幽灵”——暗物质
11月27日,暗物质粒子探测卫星“悟空”腾空700多天后,暗物质卫星团队宣布:“悟空”获得了目前国际上最精确的TeV电子宇宙射线能谱,并首次直接测量到了该能谱在1TeV(1万亿电子伏特)处的拐折。
“虽然我们现在还不知道这些结果代表着什么,但这些结果出乎我们意料,它有可能将改变我们看待宇宙的方式。”《自然》中国区科学总监印格致表示。在科学家们看来,这或许意味着一个新的天文现象,当然也有可能是来自暗物质的信号。
宇宙“幽灵”暗物质
揭开暗物质之谜将是物理学的革命性突破
仰望璀璨星空,未知永远存在。如果把21世纪现代物理学和天文学比作“晴朗的天空”,那么暗物质和暗能量,就是天空中的“两朵乌云”。
上世纪30年代,最早提出暗物质概念的瑞士天文学家弗里兹?兹威基发现,大星系团中星系运动速度非常快,但星系团中直接可见物质所产生的引力远不足以将各个星系聚拢在一起。他认为,宇宙中除了可见物质之外,应该还存在着一种“看不见的物质”——暗物质。
最新的宇宙观察发现,宇宙更像一个由3部分组成的大饼,人类目前熟悉的普通物质(也就是标准粒子物理模型能解释的物质)仅占4.9%,其余95%以上是人类还没弄清楚的暗物质(26.8%)和暗能量(68.3%)。
究竟什么是暗物质?一个“暗”字道出了本质——“看不见”的物质。这种看不见,不是说在可见光波段肉眼看不见,而是即便使出“十八般武艺”,动用以往熟知的任何探测手段,诸如红外线、紫外线、X射线等,都看不到它。个中原因很简单,它不反射光也不发出电磁波,像幽灵一样神秘而无法感知。
虽然来无影去无踪,但科学家们坚信,揭开暗物质之谜,将是继哥白尼的日心说、牛顿的万有引力定律、爱因斯坦的相对论以及量子力学之后,物理学的又一次革命性突破。届时,人类对物质、时空和宇宙起源等基本问题将会有更深的认识。
如何才能捕捉到这只藏身于宇宙黑暗处的“幽灵”?目前,科学家们主要采用3种探测方法,直接探测、间接探测和对撞机探测。
直接探测,即探测暗物质粒子和普通原子核碰撞所产生的信号,我国四川锦屏地下实验室就是采取这种方法窥探暗物质。对撞机探测,即在加速器上通过两束高能粒子对撞将暗物质粒子“创造”出来,如欧洲核子中心的大型强子对撞机。间接探测,即通过探测暗物质粒子湮灭后产生的看得见的粒子(普通粒子),来探测看不见的暗物质粒子。暗物质卫星“悟空”就属于此种。
根据暗物质卫星科学应用系统副总工程师、紫金山天文台研究员范一中的说法,两个暗物质粒子如果相碰撞并湮灭,可能会产生易于探测的高能正负电子对、高能伽马射线、质子或反质子流等高能宇宙射线。如果能够精确测量到这些粒子的能谱,就可能会发现暗物质存在的蛛丝马迹,间接证明暗物质的存在。
“‘悟空’的核心使命就是在宇宙射线和伽马射线辐射中寻找暗物质粒子存在的证据,并进行天体物理研究。”中国科学院院长白春礼说。
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