——習(xí)近平總書(shū)記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國(guó)科學(xué)院辦院方針
語(yǔ)音播報(bào)
暗物質(zhì),這個(gè)看不見(jiàn)也摸不著的宇宙中“缺失質(zhì)量”至今無(wú)法被直接證實(shí),對(duì)于這片“物理學(xué)天空中的烏云”,國(guó)際科學(xué)界一直執(zhí)著探尋。
英國(guó)《自然》雜志29日在線發(fā)表報(bào)告說(shuō),基于中國(guó)暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”收集的數(shù)據(jù),中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)獲取了目前國(guó)際上在萬(wàn)億電子伏特能段精度最高的電子宇宙射線探測(cè)結(jié)果,有助于進(jìn)一步捕捉暗物質(zhì)存在的“蛛絲馬跡”。
探尋幽靈般存在
暗物質(zhì)不發(fā)光,也不參與電磁相互作用,無(wú)法用任何光學(xué)或電磁觀測(cè)設(shè)備直接觀察,科學(xué)家只能通過(guò)引力產(chǎn)生的效應(yīng)來(lái)推測(cè)它的存在。目前主流觀點(diǎn)認(rèn)為,宇宙中已知的普通物質(zhì)不到5%,即標(biāo)準(zhǔn)粒子物理模型能解釋的物質(zhì);95%以上是至今仍籠罩神秘面紗的暗物質(zhì)和暗能量。
了解暗物質(zhì),才有機(jī)會(huì)深入認(rèn)識(shí)浩瀚宇宙。近年來(lái),全球多個(gè)項(xiàng)目通過(guò)不同類型設(shè)備持續(xù)暗物質(zhì)探索。這其中包括:歐洲核子研究中心大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)開(kāi)展的對(duì)撞實(shí)驗(yàn),目的是通過(guò)粒子對(duì)撞產(chǎn)生暗物質(zhì);中國(guó)四川錦屏地下的PandaX(熊貓計(jì)劃)、已完成使命的美國(guó)LUX項(xiàng)目等屬于測(cè)量暗物質(zhì)散射至液體或固體的實(shí)驗(yàn)。
除了在地球上的對(duì)撞或散射實(shí)驗(yàn),一些國(guó)家也在太空中基于暗物質(zhì)湮滅產(chǎn)生反物質(zhì)的原理開(kāi)展相關(guān)探測(cè),典型代表就是中國(guó)的“悟空”。
“悟空”2015年12月發(fā)射升空,是中國(guó)首顆暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星。與國(guó)際上類似的空間探測(cè)器相比,“悟空”在“高能電子、伽馬射線的能量測(cè)量準(zhǔn)確度”以及“區(qū)分不同種類粒子的能力”這兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)上處于領(lǐng)先地位,特別適合尋找暗物質(zhì)粒子湮滅過(guò)程產(chǎn)生的一些非常尖銳的能譜信號(hào)。能譜指的是電子數(shù)目隨能量的變化情況。
探測(cè)潛力可觀
《自然》物理科學(xué)主編卡爾·日耶梅利斯告訴新華社記者:“高能電子宇宙射線能譜可為科學(xué)家探尋這些高能粒子源頭提供線索,而這一源頭可能包含的進(jìn)程或許會(huì)涉及至今仍難以捉摸的暗物質(zhì),發(fā)表在《自然》上的最新探測(cè)結(jié)果也證實(shí)了暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星在測(cè)量這類能譜上的可觀潛力?!?/p>
當(dāng)前,國(guó)際上對(duì)在太空中搜尋暗物質(zhì)有較高期待。日耶梅利斯認(rèn)為,在暗物質(zhì)的探索中,像“悟空”這樣的空間探測(cè)器被寄予厚望,但也不要忘記暗物質(zhì)并不是天體物理學(xué)家需要解答的唯一問(wèn)題,“‘悟空’獲取的高能宇宙射線能譜信息將推動(dòng)新理論發(fā)展,不管它是否能找到暗物質(zhì)”。
“悟空”衛(wèi)星地面科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師、紫金山天文臺(tái)研究員范一中接受新華社記者采訪時(shí)說(shuō),地面實(shí)驗(yàn)主要進(jìn)行的是暗物質(zhì)直接探測(cè),也就是探測(cè)暗物質(zhì)粒子與普通物質(zhì)之間的碰撞過(guò)程,空間儀器的間接探測(cè)和地面直接探測(cè)所基于的物理假設(shè)區(qū)別很大,所以更多是互補(bǔ)關(guān)系。
對(duì)于空間儀器探測(cè)能否帶來(lái)更大優(yōu)勢(shì),范一中說(shuō):“地面實(shí)驗(yàn)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是周期較短,探測(cè)器可以建得越來(lái)越大,而空間探測(cè)周期更長(zhǎng),所以不好直接判斷哪個(gè)方面的實(shí)驗(yàn)最先取得突破?!?/p>
探索中前行
什么時(shí)候能找到暗物質(zhì)存在的確切證據(jù)?對(duì)暗物質(zhì)探索一線的科學(xué)家來(lái)說(shuō),尋找一種充滿未知的物質(zhì),不管是地面還是太空,都需要更多不同類型探測(cè)器,收集更多數(shù)據(jù),排除更多理論假說(shuō),才可能找到認(rèn)識(shí)暗物質(zhì)的正確方向。
《自然》網(wǎng)站此前刊登的一篇報(bào)道說(shuō),一些運(yùn)作高靈敏度暗物質(zhì)探測(cè)儀器的團(tuán)隊(duì)至今無(wú)法獲得實(shí)質(zhì)成果,這給理論物理學(xué)家的一些主流觀點(diǎn)帶來(lái)挑戰(zhàn)。
該報(bào)道稱,歐洲XENON1T項(xiàng)目在10月底發(fā)布的新數(shù)據(jù)中仍沒(méi)有太多實(shí)質(zhì)收獲,延續(xù)了過(guò)去30年里科學(xué)家探尋暗物質(zhì)粒子過(guò)程中遇到的困境。一些空間儀器以及歐洲核子研究中心的相關(guān)項(xiàng)目同樣沒(méi)有發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)粒子的蹤跡。
在“悟空”之前,美國(guó)航天局的費(fèi)米太空望遠(yuǎn)鏡已運(yùn)行多年,它包括了廣域望遠(yuǎn)鏡和伽馬射線暴監(jiān)視系統(tǒng),能夠?qū)ゑR射線進(jìn)行測(cè)量,這有助探尋暗物質(zhì)粒子。此外,由諾貝爾獎(jiǎng)得主丁肇中領(lǐng)導(dǎo)的阿爾法磁譜儀項(xiàng)目也一直走在探索暗物質(zhì)前沿,阿爾法磁譜儀進(jìn)入太空軌道多年來(lái)收集了大量宇宙射線事件,為理解宇宙射線產(chǎn)生、延伸以及探索暗物質(zhì)提供了重要的基礎(chǔ)信息。
“悟空”的出現(xiàn)無(wú)疑為這一領(lǐng)域的探測(cè)增添了利器。范一中說(shuō),中國(guó)自主進(jìn)行的暗物質(zhì)探測(cè)實(shí)驗(yàn)實(shí)際上剛剛起步幾年時(shí)間,但無(wú)論間接探測(cè)還是直接探測(cè),中國(guó)團(tuán)隊(duì)都取得了國(guó)際上引人矚目的進(jìn)展,“目前社會(huì)各界也對(duì)暗物質(zhì)探測(cè)予以了前所未有的期待和關(guān)注。我們珍惜這一切,也期待社會(huì)各界給科學(xué)家們更多的時(shí)間”。
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