這是一只勤奮的“猴子”,它每天繞地球飛行15圈,每圈4萬多公里,一天下來“騰云駕霧”60多萬公里;這是一只練就了“火眼金睛”的“猴子”,它肩負著中國人的空間科學夢想,在茫茫宇宙中捕捉神秘的“幽靈”??暗物質(zhì)
11月27日,暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”騰空700多天后,暗物質(zhì)衛(wèi)星團隊宣布:“悟空”獲得了目前國際上最精確的TeV電子宇宙射線能譜,并首次直接測量到了該能譜在1TeV(1萬億電子伏特)處的拐折。
“雖然我們現(xiàn)在還不知道這些結(jié)果代表著什么,但這些結(jié)果出乎我們意料,它有可能將改變我們看待宇宙的方式。”《自然》中國區(qū)科學總監(jiān)印格致表示。在科學家們看來,這或許意味著一個新的天文現(xiàn)象,當然也有可能是來自暗物質(zhì)的信號。
宇宙“幽靈”暗物質(zhì)
揭開暗物質(zhì)之謎將是物理學的革命性突破
仰望璀璨星空,未知永遠存在。如果把21世紀現(xiàn)代物理學和天文學比作“晴朗的天空”,那么暗物質(zhì)和暗能量,就是天空中的“兩朵烏云”。
上世紀30年代,最早提出暗物質(zhì)概念的瑞士天文學家弗里茲?茲威基發(fā)現(xiàn),大星系團中星系運動速度非???,但星系團中直接可見物質(zhì)所產(chǎn)生的引力遠不足以將各個星系聚攏在一起。他認為,宇宙中除了可見物質(zhì)之外,應該還存在著一種“看不見的物質(zhì)”??暗物質(zhì)。
最新的宇宙觀察發(fā)現(xiàn),宇宙更像一個由3部分組成的大餅,人類目前熟悉的普通物質(zhì)(也就是標準粒子物理模型能解釋的物質(zhì))僅占4.9%,其余95%以上是人類還沒弄清楚的暗物質(zhì)(26.8%)和暗能量(68.3%)。
究竟什么是暗物質(zhì)?一個“暗”字道出了本質(zhì)??“看不見”的物質(zhì)。這種看不見,不是說在可見光波段肉眼看不見,而是即便使出“十八般武藝”,動用以往熟知的任何探測手段,諸如紅外線、紫外線、X射線等,都看不到它。個中原因很簡單,它不反射光也不發(fā)出電磁波,像幽靈一樣神秘而無法感知。
雖然來無影去無蹤,但科學家們堅信,揭開暗物質(zhì)之謎,將是繼哥白尼的日心說、牛頓的萬有引力定律、愛因斯坦的相對論以及量子力學之后,物理學的又一次革命性突破。屆時,人類對物質(zhì)、時空和宇宙起源等基本問題將會有更深的認識。
如何才能捕捉到這只藏身于宇宙黑暗處的“幽靈”?目前,科學家們主要采用3種探測方法,直接探測、間接探測和對撞機探測。
直接探測,即探測暗物質(zhì)粒子和普通原子核碰撞所產(chǎn)生的信號,我國四川錦屏地下實驗室就是采取這種方法窺探暗物質(zhì)。對撞機探測,即在加速器上通過兩束高能粒子對撞將暗物質(zhì)粒子“創(chuàng)造”出來,如歐洲核子中心的大型強子對撞機。間接探測,即通過探測暗物質(zhì)粒子湮滅后產(chǎn)生的看得見的粒子(普通粒子),來探測看不見的暗物質(zhì)粒子。暗物質(zhì)衛(wèi)星“悟空”就屬于此種。
根據(jù)暗物質(zhì)衛(wèi)星科學應用系統(tǒng)副總工程師、紫金山天文臺研究員范一中的說法,兩個暗物質(zhì)粒子如果相碰撞并湮滅,可能會產(chǎn)生易于探測的高能正負電子對、高能伽馬射線、質(zhì)子或反質(zhì)子流等高能宇宙射線。如果能夠精確測量到這些粒子的能譜,就可能會發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)存在的蛛絲馬跡,間接證明暗物質(zhì)的存在。
“‘悟空’的核心使命就是在宇宙射線和伽馬射線輻射中尋找暗物質(zhì)粒子存在的證據(jù),并進行天體物理研究?!敝袊茖W院院長白春禮說。
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