“悟空”丈量到“拐折”:间隔发明暗物资还有多远 -西部网 陕西

2017-12-04 15:00

  近日,《天然》杂志讲演了中国暗物质粒子探测卫星“悟空”的首批探测结果:“悟空”丈量到电子宇宙射线能谱在1.4万亿电子伏特(TeV)能量处的一个“拐折”,这或者代表着暗物质“幽灵”一闪而过的身影。

  暗物质,被称为现代物理学天空的乌云之一,它占宇宙总比重约27%,比咱们熟知的普通物质多5倍。但它却又不同于现代物理学里已知的任何品种或状态的物质。科学家以为,对暗物质实质的懂得,可能会带来对古代物理学推翻性的冲破。

  然而,“悟空”这次的发现能阐明暗物质存在吗?它又是如何发现这个可能的暗物质“身影”?对此,南方日报记者采访了紫金山地理台“悟空”团队的科学家,对这些问题进行解读。

  ●南方日报驻京记者 王诗?

  谋划兼顾:张志超

  “悟空”看到了宇宙中的什么?

  “悟空”于2015年12月17日发射升空,英文名叫DAMPE,也即“暗物质粒子探测卫星”(Dark Matter Particle Explorer)的缩写。“悟空”飞天,其中心义务就是在宇宙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。

  只管耗资1亿美元的“悟空”号成原形对较低(国际上的空间暗物质探测器阿尔法磁谱仪AMS-02、费米卫星分辨耗资20亿、7亿美元),但“悟空”号有两项要害技巧指标??“高能电子、伽马射线的能量测量正确度”和“辨别不同种类粒子”的本事,却在世界上当先。而且,它尤其合适寻找暗物质粒子湮灭过程中产生的一些十分尖利的能谱(指电子数目随能量变更的情形)信号。

  对于“悟空”这一新发现,《做作》中国区科学总监印格致(Ed Gerstner)援用了科幻作家阿西莫夫的话来形容??

  在科学摸索中能听到的最激动听心的一句话,即在最主要的新发现之前呈现的短语,不是“尤里卡,我找到了”,而是“嗯……这挺奇异!”

  在此次颁布的“悟空”观测数据中,最出乎科学家预感的是:电子宇宙射线能谱在1.4万亿电子伏特能量处产生了一个“拐折”。

  “悟空”团队科学家、中国科学院紫金山天文台研究员袁强告诉南方日报记者,“我们认为这个‘拐折’主要是来自于天文起因,很可能和高能电子源的空间散布有关,从而也表明TeV能量以下的电子不是主要来自于暗物质。更出其不意的是,在1.4万亿电子伏特能量处电子数量忽然增多,在能谱上体现为一个跳点。如果这一现象得到后续更多的观测数据证明,这将是一个重大发现”。

  袁强先容,这种景象有两种说明:除了可能是来自于暗物资粒子湮灭的信号外,还有可能象征着太阳系附近区域,存在某种“独特天体”能够将电子加速到单一能量。

  不外,即便不是暗物质,这种可能发出“跳点”信号的天体,也是前所未有的新发现。

  间隔发明暗物质还有多远?

  “大质量弱互相作用粒子”,这是科学界对暗物质粒子模型的主流假想。按这种模型,假如暗物质由大品质弱相互作用粒子形成的话,这些粒子偶然会产生相互湮灭,并且构成正负电子对。从本质上说,暗物质自身不可见,但暗物质湮灭或衰变时会产生看得见的粒子。“悟空”的“火眼金睛”,恰是通过寻找“大质量弱彼此作用粒子”湮灭的信号,间接证明暗物质。

  迷信家曾用“盲人摸象”形容对“悟空”原始数据的处置。据懂得,“悟空”天天传递回500万个粒子信息,粒子包含原子、电子、中子等。原子由原子核跟绕核活动的电子组成,电子与正电子会因碰撞而湮灭,并在这进程中发生光子。500万个粒子信息中,电子只有不到千分之一,而光子只有十万到百万分之一。

  对科学家来说,“悟空”在近两年在轨时光里取得的数据依然不够,他们还须要更多工作来确认新的发现。

  暗物质卫星科学利用体系副总设计师、中国科学院紫金山天文台研讨员范一中告诉南方日报记者,“数据中存在有趣的现象,可能和暗物质有关联。但是当初我们名目组最重要的是积聚更多数据,发展独破的剖析方式,断定1.4万亿电子伏特能量处超越是一个实在的物理信号而不是统计涨落。”

  袁强也表示,“依据现有数据,这个构造有百分之零点零多少的可能性是一个假信号。而我们需要把这个可能性进一步下降,那样才有掌握说我们发现了新现象。”

  “再过1?3年,预期它在我们最为等待的1.4万亿电子伏特能量处观测电子数将积累到150?200个,那时论断会更肯定。无论这些电子起源于哪里,都将是粒子物理或天体物理范畴的簇新发现。”“悟空”首席科学家、中科院紫金山天文台副台长常进此前曾表示。

  袁强还表示,“悟空”的数据里还包括大量的宇宙射线以及一些伽马射线,这些数据对于天体物理的研究也很重要,也需要我们逐渐加以分析和挖掘。

  怎么才干寻找到暗物质?

  “暗物质是目前粒子物理标准模型之外的一种全新的粒子。”从事暗物质研究的中国科学院高能物理所研究员毕效军对南方日报记者表示,直接找到暗物质并确认其属性,可以为我们探索比尺度模型更深档次的物理规律供给了线索,可以说是翻开了走向更深层物质法则的一扇门。

  袁强也表现,暗物质属性奇特,它们不发光、不参加电磁作用,不同于现代物理学里已知的任何种类、形态的物质。对暗物质本质的理解,必定将带来对现代物理学的打破,而这个突破很可能是颠覆性的。

  袁强告知记者,目前,科学界探测暗物质重要有三种措施:“悟空”采取的是空间间接观测法,原理是观测暗物质粒子湮灭或衰变产生的一般粒子来间接探测暗物质。

  据了解,除了“悟空”号,还有国际空间站上正在进行的AMS-02实验、美国的费米卫星实验都在寻找暗物质信号,他们和“悟空”号属于雷同的探测方法。

  另一种办法是直接探测,原理是建造大型探测器,等候暗物质粒子“撞上来”。“由于空气中有大批的宇宙射线辐射,为得到一个清洁的测量环境,通常这类实验要到很深的地下去做。目前,我国在四川锦屏山下建有一个国际上最深的深地试验室,是无比幻想的暗物质探测实验室。现今,锦屏实验室开展有PandaX和CDEX两个暗物质探测实验。”袁强表示,第三种方法则是通过高能粒子对撞机制作出暗物质粒子。这三种办法可互为弥补,独特为揭开暗物质之谜尽力。

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