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11月30日，中國科學(xué)衛(wèi)星系列首發(fā)星??暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”衛(wèi)星在軌運(yùn)行前530天采集的數(shù)據(jù)在Nature雜志發(fā)表�！拔蚩铡庇谐浞�?jǐn)?shù)據(jù)證實(shí)，在太空中測(cè)量到了電子宇宙射線的一處異常波動(dòng)。這一波動(dòng)此前從未被觀測(cè)到，意味著中國科學(xué)家取得一項(xiàng)開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)，且有可能與暗物質(zhì)相關(guān)。

宇宙中暗物質(zhì)比普通物質(zhì)多5倍

宇宙中有著沉默的大多數(shù)??暗物質(zhì)和暗能量。天文觀測(cè)表明暗物質(zhì)比人類目前熟悉的普通物質(zhì)要多5倍，其物理本質(zhì)是目前國際上粒子物理和天體物理領(lǐng)域的最重大問題之一。

20世紀(jì)30年代，世界各國科學(xué)家就開始對(duì)暗物質(zhì)的探索，其存在已獲大量天文觀測(cè)和理論研究的支持，但其不屬于粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型中的已知物質(zhì)，因此理解暗物質(zhì)屬性是當(dāng)代物理學(xué)面臨的一大挑戰(zhàn)，它也被比作“籠罩在21世紀(jì)物理學(xué)天空中的烏云”。

2019年12月17日，中國科學(xué)衛(wèi)星系列首發(fā)星??暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”成功發(fā)射升空，它的任務(wù)就是用“火眼金睛”幫助科學(xué)家尋找神秘的暗物質(zhì)。

“悟空號(hào)”升天以來，它在前530天共采集了約28億例高能宇宙射線，其中包含約150萬例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際上精度最高的TeV電子宇宙射線探測(cè)結(jié)果。

暗物質(zhì)衛(wèi)星工程首席科學(xué)家常進(jìn)介紹，電子宇宙射線的正常能譜變化應(yīng)該是一條平滑曲線，但根據(jù)“悟空”的觀測(cè)數(shù)據(jù)，在1.4萬億電子伏特（TeV）的超高能譜段突然出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，呈現(xiàn)一個(gè)“尖峰”。這表明，此處必然有一個(gè)全新的物理現(xiàn)象。

或?qū)�帶來物理理論框架上的�?chuàng)新

中國科學(xué)院院士白春禮表示，“悟空”衛(wèi)星這次探測(cè)成果，基本可以確定拐折的存在，至于精細(xì)結(jié)構(gòu)，等再過一年，搜集更多的數(shù)據(jù)后，仔細(xì)分析它的屬性，屆時(shí)或許會(huì)帶來物理理論框架上的創(chuàng)新。

“坦誠地說，去年4、5月份常進(jìn)老師的電腦屏幕上展現(xiàn)出相關(guān)跡象的時(shí)候，我們是既激動(dòng)，又擔(dān)心。激動(dòng)的是出現(xiàn)了重大發(fā)現(xiàn)的苗頭，擔(dān)心的是這個(gè)跡象是不是由于我們能量測(cè)得不準(zhǔn)。在那之后的一年里，紫臺(tái)和中科大投入了大量的人力核查，幾乎每個(gè)周末中科大的張?jiān)讫埐┦慷家獛ш?duì)去紫金山天文臺(tái)進(jìn)行深入討論。我們最后確信能量測(cè)量結(jié)果是可靠的。現(xiàn)在我們除了深入發(fā)展分析的方法，就是等待悟空號(hào)收集更多的數(shù)據(jù)。”暗物質(zhì)衛(wèi)星科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)副總師范一中談到這個(gè)精細(xì)結(jié)構(gòu)時(shí)，聲音都提高了。

暗物質(zhì)對(duì)人類的生活有什么意義？“我無法告訴你暗物質(zhì)有什么意義，但科學(xué)上的每一次進(jìn)步都會(huì)改變?nèi)祟惿�活。量子力學(xué)發(fā)現(xiàn)時(shí)，沒人知道會(huì)對(duì)人類生活產(chǎn)生什么影響，但現(xiàn)在每天的生活，玩手機(jī)、看電視這些活動(dòng)都離不開100年前量子力學(xué)和相對(duì)論的發(fā)現(xiàn)。”常進(jìn)說。

■ 揭秘

火眼金睛的“悟空”衛(wèi)星好用、經(jīng)濟(jì)

帶著揭秘“暗物質(zhì)”任務(wù)的“悟空號(hào)”衛(wèi)星，采用了中國科學(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，能實(shí)現(xiàn)對(duì)高能（5 GeV-10 TeV）電子、伽馬射線的“經(jīng)濟(jì)適用型”觀測(cè)。

“來自宇宙空間的粒子能譜根據(jù)我們已知的物理規(guī)律有其特定的分布，其分布規(guī)律是逐漸下降的。如果出現(xiàn)異常，必然有著新的物理原因。根據(jù)目前理論物理學(xué)家的解釋，如果暗物質(zhì)粒子相互碰撞并湮滅，將可能轉(zhuǎn)換為高能電子。那么到空間去精確地探測(cè)高能電子能譜，就可能發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)存在的蛛絲馬跡�！�悟空號(hào)’瞄準(zhǔn)這個(gè)方向�！敝袊�科學(xué)院院士白春禮表示。

1 看得清

“悟空”衛(wèi)星觀測(cè)能段范圍在5 GeV-10 TeV，這是什么概念？1 GeV等于10億電子伏特，1TeV等于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。相比于國外的空間探測(cè)設(shè)備，如美國宇航局費(fèi)米太空望遠(yuǎn)鏡的大面積相機(jī)，“悟空號(hào)”是目前世界上觀測(cè)能段范圍最寬的。

2 找得準(zhǔn)

“悟空”衛(wèi)星的動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到100萬倍。常進(jìn)打了一個(gè)比方解釋了100萬倍，大能看到身高2米的人，小能看清他體內(nèi)每一個(gè)血小板。此外，“悟空”累計(jì)探測(cè)超過35億個(gè)高能宇宙射線，從中搜尋到100多個(gè)“奇異”電子，精準(zhǔn)度相當(dāng)于“在上千萬人口的城市里找到特定的一個(gè)人”。

3 經(jīng)濟(jì)型

加持這些優(yōu)點(diǎn)的“悟空號(hào)”還是一名“經(jīng)濟(jì)型”選手。據(jù)介紹，“悟空”衛(wèi)星的檢測(cè)成本是費(fèi)米Fermi-LAT的七分之一，是阿爾法磁譜儀AMS-02的二十分之一。