圖為“悟空”衛(wèi)星工作530天得到的高精度宇宙射線電子能譜（紅色數(shù)據(jù)點(diǎn)），以及和美國(guó)費(fèi)米衛(wèi)星測(cè)量結(jié)果（藍(lán)點(diǎn)）、丁肇中先生領(lǐng)導(dǎo)的阿爾法磁譜儀的測(cè)量結(jié)果（綠點(diǎn)）的比較。中科院供圖

新華網(wǎng)北京11月30日電（王瑩） “悟空”衛(wèi)星在軌運(yùn)行的前530天共采集了約28億高能宇宙射線，其中包含約150萬25GeV以上的電子宇宙射線。基于這些數(shù)據(jù)科研人員成功獲取了目前國(guó)際上最精確的電子宇宙射線探測(cè)結(jié)果。

在中國(guó)科學(xué)院27日召開的新聞發(fā)布會(huì)上，我國(guó)暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空號(hào)”首席科學(xué)家常進(jìn)對(duì)外宣布了這一重大消息。對(duì)于公眾普遍關(guān)心的暗物質(zhì)探測(cè)話題，這一發(fā)現(xiàn)意味著什么？

根據(jù)人們已知的物理規(guī)律，來自宇宙空間的粒子能譜（能譜指的是粒子數(shù)目隨能量的變化情況）有其特定的分布，一般是隨著能量升高其數(shù)目逐漸下降。如果能譜出現(xiàn)異常，便意味著可能有新的物理原因。根據(jù)目前理論物理學(xué)家的推測(cè)，如果暗物質(zhì)粒子相互碰撞并湮滅，將產(chǎn)生高能電子。那么到空間去精確地探測(cè)高能電子能譜，就可以發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)存在的蛛絲馬跡。“悟空”的核心使命就是在宇宙線和伽馬射線輻射中尋找暗物質(zhì)粒子存在的證據(jù)，并進(jìn)行天體物理研究。

據(jù)常進(jìn)介紹，與目前國(guó)際上其他暗物質(zhì)空間探測(cè)設(shè)備如AMS-02、 Fermi-LAT相比，“悟空”衛(wèi)星的電子宇宙射線的能量測(cè)量范圍有顯著提高，拓展了我們觀察宇宙的窗口。

記者了解到，“悟空”衛(wèi)星采用了中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)研究人員自主提出的分辨粒子種類的新探測(cè)技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高能（5 GeV-10TeV）電子、伽馬射線的“經(jīng)濟(jì)適用型”觀測(cè)。“1GeV=10億電子伏特，1TeV=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。‘悟空’衛(wèi)星在‘高能電子、伽馬射線的能量測(cè)量準(zhǔn)確度’以及‘區(qū)分不同種類粒子的本領(lǐng)’這兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)方面世界領(lǐng)先，尤其適合尋找暗物質(zhì)粒子湮滅過程產(chǎn)生的一些非常尖銳的能譜信號(hào)。”常進(jìn)告訴記者。

不僅探測(cè)的能量范圍有了顯著提高，“悟空”衛(wèi)星測(cè)量到的TeV電子的“純凈”程度最高，也就是其中混入的質(zhì)子數(shù)量最少，能譜的準(zhǔn)確性高。

在這樣的“高段位、高配置”之下，經(jīng)過530天的觀測(cè)積累，“悟空”首次直接測(cè)量到了電子宇宙射線能譜在~1 TeV處的拐折，該拐折反映了宇宙中高能電子輻射源的典型加速能力，其精確的下降行為對(duì)于判定部分（能量低于1 TeV）電子宇宙射線是否來自于暗物質(zhì)起著關(guān)鍵性作用。此外，“悟空”衛(wèi)星的數(shù)據(jù)初步顯示在~1.4 TeV處存在能譜精細(xì)結(jié)構(gòu)。

這是否意味著已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了暗物質(zhì)？對(duì)此，常進(jìn)指出：目前的這個(gè)探測(cè)結(jié)果還不能確認(rèn)我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)。目前“悟空”衛(wèi)星運(yùn)行狀態(tài)良好，正持續(xù)收集數(shù)據(jù)，一旦在~1.4 TeV處存在的能譜精細(xì)結(jié)構(gòu)得以確證，將是粒子物理或天體物理領(lǐng)域的開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)。

據(jù)悉，這一重大成果已于2017年11月30日(北京時(shí)間)在Nature雜志在線發(fā)表。常進(jìn)告訴記者，再經(jīng)過一年多時(shí)間的持續(xù)觀測(cè)和數(shù)據(jù)積累，有望于明年年底發(fā)布“悟空”的第二批科研成果。

圖為我國(guó)暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空號(hào)” 中科院供圖

暗物質(zhì)，我們?nèi)绾尾拍苷业侥悖?/strong>

新華網(wǎng) 王瑩

當(dāng)我們仰望星空時(shí)，除了太陽、月亮、星星外，感覺宇宙空蕩蕩的。然而這只是一種錯(cuò)覺：

現(xiàn)代天文學(xué)通過引力透鏡、宇宙中大尺度結(jié)構(gòu)形成、宇宙膨脹行為的研究表明：宇宙的密度由約4.9%的普通物質(zhì)，26.8%暗物質(zhì)和68.3%的暗能量組成。這是什么概念？也就是說，我們能看到的普通物質(zhì)在整個(gè)宇宙中只占不到5%。剩下95.1%的宇宙組分，我們都看不到。由于看不到，科學(xué)家們姑且稱之為暗物質(zhì)和暗能量。

這里所說的“看不見”，不單單是說用我們的肉眼在可見光波段看不見，而是說不論探測(cè)什么波段的電磁波，比如無線電、紅外線、紫外線、X射線等，都看不到它。也就是說，暗物質(zhì)幾乎不發(fā)出任何波段的電磁輻射。

曾經(jīng)有這樣一段話來形容暗物質(zhì)：科學(xué)家們深信，有一種神秘的物質(zhì)，它們就像幽靈一樣彌漫在我們每個(gè)人周圍，它可以輕易穿過每個(gè)人的身體而又不被人察覺。

如此神秘而又重要的存在，讓暗物質(zhì)成為現(xiàn)代天文學(xué)和物理學(xué)的一大謎團(tuán)。發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)，成為重大科學(xué)前沿。暗物質(zhì)帶來的問題也因此被認(rèn)為是“籠罩在當(dāng)前物理學(xué)天空中的烏云”。

圖為我國(guó)暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空號(hào)” 中科院供圖

那如何才能找到暗物質(zhì)？由于暗物質(zhì)既不發(fā)光，也不參與電磁作用，人們目前只能通過引力產(chǎn)生的效應(yīng)感受到它的存在，但一直還沒有確鑿的證據(jù)說“這就是暗物質(zhì)”。目前，世界上有很多科學(xué)團(tuán)隊(duì)在試圖找到它。主要有三種方法：

第一種是利用粒子對(duì)撞設(shè)備，看能否在實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生暗物質(zhì)，這方面的代表是歐洲的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)。

第二種是在很深的地下挖個(gè)大坑，在坑底放上精密儀器來探測(cè)暗物質(zhì)。到地下去的目的是為了屏蔽空氣中宇宙射線的影響。位于中國(guó)四川南部地底深處的錦屏地下實(shí)驗(yàn)室就是全球最深的暗物質(zhì)探測(cè)實(shí)驗(yàn)室，已于2010年投入使用。

第三種是在太空進(jìn)行間接探測(cè)，比如多國(guó)合作的阿爾法磁譜儀項(xiàng)目，“阿爾法磁譜儀2”自2011年被送至國(guó)際空間站后已分析了410億個(gè)初級(jí)宇宙射線事件，結(jié)果顯示暗物質(zhì)可能存在。中國(guó)2015年12月17日發(fā)射的暗物質(zhì)探測(cè)衛(wèi)星“悟空”，也是在太空展開的探測(cè)行為。

為什么可以通過太空間接探測(cè)暗物質(zhì)呢？原理是這樣的：

根據(jù)人們已知的物理規(guī)律，來自宇宙空間的粒子能譜（能譜指的是粒子數(shù)目隨能量的變化情況）有其特定的分布，一般是隨著能量升高其數(shù)目逐漸下降。如果能譜出現(xiàn)異常，便意味著可能有新的物理原因。根據(jù)目前理論物理學(xué)家的推測(cè)，如果暗物質(zhì)粒子相互碰撞并湮滅，將可能產(chǎn)生高能電子。那么到空間去精確地探測(cè)高能電子能譜，就有可能發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)存在的蛛絲馬跡。“悟空”的核心使命就是在宇宙電子和伽馬射線輻射中尋找暗物質(zhì)粒子存在的證據(jù)，并進(jìn)行天體物理研究。

在中國(guó)科學(xué)院11月27日召開的新聞發(fā)布會(huì)上，我國(guó)暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空號(hào)”首席科學(xué)家常進(jìn)對(duì)外宣布：“悟空”衛(wèi)星在軌運(yùn)行的前530天共采集了約28億高能宇宙射線，其中包含約150萬25GeV以上的電子宇宙射線。基于這些數(shù)據(jù)科研人員成功獲取了目前國(guó)際上最精確的電子宇宙射線探測(cè)結(jié)果。該成果于2017年11月30日(北京時(shí)間)在Nature雜志在線發(fā)表。

與之前結(jié)果相比：

(1) “悟空”衛(wèi)星的電子宇宙射線的能量測(cè)量范圍比起國(guó)外的空間探測(cè)設(shè)備（AMS-02, Fermi-LAT）有顯著提高，拓展了我們觀察宇宙的窗口。

(2) “悟空”衛(wèi)星測(cè)量到的TeV電子的“純凈”程度最高（也就是其中混入的質(zhì)子數(shù)量最少），能譜的準(zhǔn)確性高。

(3) “悟空”衛(wèi)星首次直接測(cè)量到了電子宇宙射線能譜在~1 TeV處的拐折，該拐折反映了宇宙中高能電子輻射源的典型加速能力，其精確的下降行為對(duì)于判定部分（能量低于1 TeV）電子宇宙射線是否來自于暗物質(zhì)起著關(guān)鍵性作用。

此外，“悟空”衛(wèi)星的數(shù)據(jù)初步顯示在~1.4 TeV處存在能譜精細(xì)結(jié)構(gòu)。目前“悟空”衛(wèi)星運(yùn)行狀態(tài)良好，正持續(xù)收集數(shù)據(jù)，一旦該精細(xì)結(jié)構(gòu)得以確證，將是粒子物理或天體物理領(lǐng)域的開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)。

——關(guān)于“悟空”

“悟空”衛(wèi)星是中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)的首發(fā)星，它最早由紫金山天文臺(tái)的常進(jìn)研究員于2005年提出，在原中國(guó)科學(xué)院基礎(chǔ)局、科技部的支持下研制了原理樣機(jī)。2011年12月21日該項(xiàng)目被正式列入中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)-空間科學(xué)專項(xiàng)，常進(jìn)研究員擔(dān)任衛(wèi)星的首席科學(xué)家。該衛(wèi)星的探測(cè)器由紫金山天文臺(tái)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、近代物理研究所、高能物理研究所與國(guó)家空間科學(xué)中心聯(lián)合研制。瑞士的日內(nèi)瓦大學(xué)、意大利國(guó)家核物理研究院也參與了硅子探測(cè)器的研發(fā)。衛(wèi)星平臺(tái)由中科院微小衛(wèi)星研究院研發(fā)，地面科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)由紫金山天文臺(tái)負(fù)責(zé)建設(shè)。

“悟空”衛(wèi)星于2015年12月17日發(fā)射成功，是中國(guó)的首顆天文衛(wèi)星。該衛(wèi)星的數(shù)據(jù)分析工作獲得國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、科技部973青年科學(xué)家專題項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)-中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)衛(wèi)星聯(lián)合基金、國(guó)家自然科學(xué)基金委杰出青年基金、國(guó)家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀青年基金、中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”等項(xiàng)目的大力支持，由紫金山天文臺(tái)組織協(xié)調(diào)。

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[責(zé)任編輯：楊凡、賀曉菲]

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