中国暗物质粒子探测卫星“悟空”在太空中测量到了电子宇宙射线的一处异常波动,此发现震惊世界。

中国“悟空”号暗物质空间探测器有重大发现(图源:VCG)
中国命名为“悟空”号的暗物质空间探测器(DAMPE)探测出诱人的信号。
报道称,物理学中长期存在的挑战就是寻找暗物质存在的证据,因为这些暗物质被假定为是构成宇宙大部分物质的基础,它的存在似乎是造成宇宙结构和星系形成和演化的原因。
中国领导的空间科学研究团队11月29日的报告的结果,虽然还不是很确凿的证据,但是为暗物质的存在提供了一个诱人的暗示。 普林斯顿大学的天体物理学家斯佩格尔(David Spergel)表示,中国是第一个致力于天体物理学的观测数据表明,中国将成为空间科学的一支重要力量。 他说,中国正在“为天体物理学和空间科学做出重大贡献”。
物理学家从可见物质的引力效应中推断出暗物质的存在,但物理学界一直未能发现这种神秘物质。“悟空”号旨在通过寻找被称为大质量弱相互作用粒子(WIMP)的假设暗物质候选的间接衰变信号来填补这一空白。
报道称,中国研究人员于2015年12月在距离北京约1600公里的戈壁沙漠中的酒泉卫星发射中心发射了承载悟空”号的航天器,其主要仪器 是一堆薄的纵横交错的探测器带。这些探测带被调整后用来观察入射方向,能量和构成宇宙射线的粒子的电荷,特别是电子、正电子和电子的反物质对应物。 宇宙射线来自传统的天体物理对象,如在星系中爆炸的超新星,但是,如果暗物质由WIMP组成,这些偶尔会相互湮灭并产生电子和正电子对,这些电子和正电子对可能被检测为超过预期的来自传统物体的颗粒。
报道还称,在第一个530天的科学观测中,“悟空”号检测到超过一定能量阈值的150万个宇宙射线电子和正电子。当研究人员绘制粒子数量与能量的关系时,他们期望看到平滑的曲线。 但是之前的实验暗示了曲线的异常断裂。现在,“悟空”号已经证实了这种偏差。 在南京的中国科学院(CAS)紫金山天文台(PMO)的天文台副台长天文物理学家常进说:“这可能是暗物质的证据,但是曲线的断裂可能来自其他一些宇宙射线源。”
中国科学院院长白春礼说,如果后续研究证实这一发现与暗物质相关,将是一项具有划时代意义的科学成果,即便与暗物质无关,也可能带来对现有科学理论的突破。
当前主流科学界认为,人类已经发现的物质只占宇宙总物质量不足5%,剩余部分由暗物质和暗能量等构成。由于暗物质无法被直接观测,与物质相互作用也很弱,人类至今对它知之甚少。揭开暗物质之谜,被认为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、量子力学之后,人类认识自然规律的又一次重大飞跃。
“悟空”号是中国首颗暗物质科学卫星,于2015年12月开始运行。它拥有能够洞察宇宙暗物质的眼睛,其观测能段范围之宽、能量分辨率之优,超过国际上其他同类探测器。
中国科学院的相关关人士介绍,将暗物质粒子探测卫星命名为“悟空”,符合将科学卫星以神话形象命名的做法,如美国的阿波罗、欧洲的尤利西斯、中国的玉兔等。这样做可以借助传统文化,提升中国公众科学素养,吸引青少年热爱科学、探索未知。
《自然》网站此前刊登的一篇报道说,一些运作高灵敏度暗物质探测仪器的团队至今无法获得实质成果,这给理论物理学家的一些主流观点带来挑战。
该报道称,在“悟空”之前,美国航天局的费米太空望远镜已运行多年,它包括了广域望远镜和伽马射线暴监视系统,能够对伽马射线进行测量,这有助探寻暗物质粒子。此外,由诺贝尔奖得主丁肇中领导的阿尔法磁谱仪项目也一直走在探索暗物质前沿,阿尔法磁谱仪进入太空轨道多年来收集了大量宇宙射线事件,为理解宇宙射线产生、延伸以及探索暗物质提供了重要的基础信息。
“悟空”的出现无疑为这一领域的探测增添了利器。范一中说,中国自主进行的暗物质探测实验实际上刚刚起步几年时间,但无论间接探测还是直接探测,中国团队都取得了国际上引人瞩目的进展,“目前社会各界也对暗物质探测予以了前所未有的期待和关注。我们珍惜这一切,也期待社会各界给科学家们更多的时间”。
评论 (0)