近报 -21版:新知-2017年12月08日

　　寻找暗物质的过程就像与幽灵捉迷藏,“天下武功唯快不破,只有仪器越灵敏才越有可能有发现。”“悟空”就是通过提高能量分辨和空间分辨的本领,降低宇宙射线背景噪音,并且把探测器做得足够大等方法提高灵敏度。

　　英国《自然》杂志近日在线发表报告说,基于中国暗物质粒子探测卫星“悟空”收集的数据,中国科研团队获取了目前国际上在万亿电子伏特能段精度最高的电子宇宙射线探测结果,有助于进一步捕捉暗物质存在的“蛛丝马迹”。科学界普遍认为,如果这一发现成真,将是天体物理学界近年来最重大的发现。
　　“悟空”2015年12月发射升空,是中国首颗暗物质粒子探测卫星。与国际上类似的空间探测器相比,“悟空”在“高能电子、伽马射线的能量测量准确度”以及“区分不同种类粒子的能力”这两项关键技术指标上处于领先地位,特别适合寻找暗物质粒子湮灭过程产生的一些非常尖锐的能谱信号。能谱指的是电子数目随能量的变化情况。
“悟空”与它的“火眼金睛”
　　“悟空”的身材比一般的卫星小巧,长宽高只有1.5米、1.5米、1.2米,像盒银白色的方形蛋糕。而它的“火眼金睛”是世界上迄今为止观测能段范围最宽,能量分辨率最优的空间探测器。
　　暗物质卫星首席科学家、紫金山天文台副台长常进说,中国暗物质卫星的观测能段是国际空间站“阿尔法磁谱仪”的10倍,能量分辨率比国际同类探测器高3倍以上。“悟空”面朝太空,接受来自宇宙四面八方的高能电子和伽马射线。由于暗物质可能存在于任何区域,它会对全天区扫描,探测暗物质存在的方位。然后根据全天区探测的分析结果对暗物质最可能出现的区域开展定向观测。
　　寻找暗物质的过程就像与幽灵捉迷藏,“天下武功唯快不破,只有仪器越灵敏才越有可能有发现。”常进说。“悟空”就是通过提高能量分辨和空间分辨的本领,降低宇宙射线背景噪音,并且把探测器做得足够大等方法提高灵敏度。
带了300多根“水晶棒”
　　以《西游记》中的美猴王名字命名的卫星“悟空”,没有携带金箍棒,却带了300多根“水晶棒”。暗物质卫星系统副总设计师安琪说,位于卫星核心部位的BGO能量器包含了300多根纵横交错排列的晶体,每一根都有2厘米见方、60厘米长,是世界上最长的BGO晶体,研制难度非常高。整个卫星中,BGO能量器的重量就占了多半。
　　这些漂亮的“水晶棒”能够测量入射粒子的能量,并且由于电子和质子与晶体发生相互作用,产生类似淋浴喷水形状的簇射,而电子和质子产生的簇射形状不同,因而科学家可以区分出质子和电子。
　　暗物质卫星系统总设计师李华旺透露,卫星采用的是以载荷为中心的一体化结构设计。中国以前的卫星载荷只占总重量的几分之一,但是这颗卫星载荷重量占了绝大部分。“相当于‘悟空’用轻盈的身躯背负了3.2倍体重的探测仪器。”他说。
　　国际空间站的阿尔法磁谱仪、美国的FERMI卫星以及中国的“悟空”各有特色:阿尔法磁谱仪可以区分正反物质,FERMI的探测器面积大,中国的“悟空”最厚,可以测量得非常准,以很高的能量分辨率测量高达1-10TeV的粒子(相当于普通日光灯发出的能量的1万亿倍)。同时,“悟空”的研制费用仅为FERMI和阿尔法磁谱仪的七分之一和二十分之一。
探索中前行
　　对暗物质探索一线的科学家来说,寻找一种充满未知的物质,不管是地面还是太空,都需要更多不同类型探测器,收集更多数据,排除更多理论假说,才可能找到认识暗物质的正确方向。
　　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。“悟空”卫星地面科学应用系统副总设计师、紫金山天文台研究员范一中说,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”。　　　综合新华社