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悟空”火眼金睛探究暗物质:怎样施展“神通”?
2018年07月02日 来源:中国纪检监察报 (记者 姜永斌) 【编辑:刘欢】 “悟空”火眼金睛探究暗物质谜团 刊发在《自然》杂志上的“悟空”高精度电子能谱,在1.4TeV附近出现剧烈波动。(资料图片) “悟空”首席科学家常进在中科院国家空间科学中心空间科学任务大厅介绍卫星工作情况。新华社记者 金立旺 摄 在中科院紫金山天文台,“悟空”首席科学家常进(中)和他的团队。新华社记者 金立旺 摄 在宇宙中,有什么比引力波还难找?如果把这个问题抛给物理学家,答案一定是暗物质和暗能量。它们产生的万有引力左右着宇宙演化和物质运动,却至今难觅踪迹,被称作“笼罩在21世纪物理学上的两朵乌云”。
暗能量离我们还很遥远,暗物质却有望在不久的将来被揭开神秘面纱。在各国争相投入研究的情况下,我国也于2015年12月17日发射了世界上观测能段范围最宽、能量分辨率最高的暗物质粒子探测卫星“悟空”。在轨运行两年多来,“悟空”不辱使命,搜寻出100多个异常电子,并直接测量到了电子宇宙射线能谱的一处拐折。这些讯号让暗物质研究更进了一步。 习近平总书记近日在中国科学院第十九次院士大会、中国工程院第十四次院士大会上发表重要讲话指出,“悟空、墨子、慧眼、碳卫星等系列科学实验卫星成功发射,500米口径球面射电望远镜、上海光源、全超导托卡马克核聚变装置等重大科研基础设施为我国开展世界级科学研究奠定了重要物质技术基础。” 科技创新大潮澎湃,千帆竞发勇进者胜。近日,记者采访中科院紫金山天文台“悟空”研究团队,探寻他们的研究成果。 驱散“乌云”:如何寻找暗物质?
当我们仰望星空时,除了太阳、月亮、星星外,感觉宇宙空荡荡的。然而,这很可能是一种错觉——早在20世纪初,多位科学家相继提出,宇宙中存在发光很弱或者不发光的暗物质。 现代天文学家通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、宇宙膨胀行为的研究表明,宇宙的密度由约4.9%的普通物质,26.8%的暗物质和68.3%的暗能量组成。也就是说,我们能看到的普通物质在整个宇宙中只占不到5%,剩下95.1%的组成部分,我们都看不到。 暗物质属性奇特,对人类而言,它们以一种看不见摸不着的状态存在。 这里所说的“看不见”,不单单是指用人类的肉眼在可见光波段看不见,而是不论探测什么波段的电磁波,比如无线电、红外线、紫外线、X射线等,都看不到它。由于暗物质既不发光,也不参与电磁作用,人们目前只能通过引力产生的效应感受到它的存在,但一直还没有确凿的证据。 如此神秘而又重要的存在,让暗物质成为现代天文学和物理学的一大谜团。对其物理本质的研究必将带来基础物理学的重大突破,产生科学技术的革命。 “暗物质粒子的探测目前是国际科学前沿竞争最为激烈的研究领域。”“悟空”首席科学家、中科院紫金山天文台副台长常进介绍,通过天文观测,科学家推断暗物质有两个重要特征,一是其很可能是一种新的重粒子,二是其自身和普通物质之间可能有微弱的相互作用。这就可以有针对性地设计实验探测暗物质。 据了解,各国科研团队主要采用三种方法寻找暗物质: 第一种是利用粒子对撞设备,看能否在实验中产生暗物质。这方面的代表是欧洲的大型强子对撞机。 第二种是在很深的地下挖个隧道,屏蔽地表宇宙射线的影响,捕捉暗物质粒子和普通原子核的碰撞。位于我国四川南部地底深处的锦屏地下实验室就是全球最深的暗物质探测实验室,于2010年投入使用。由清华大学主导的暗物质实验合作组利用一种国际首创的高纯锗探测系统,在一定范围内将暗物质直接探测灵敏度提高到目前国际最高水平。
第三种是在太空中观测暗物质粒子湮灭或衰变的产物。比如多国合作的阿尔法磁谱仪实验和我国的“悟空”暗物质粒子探测卫星采用的是这种观测方式。 |
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