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常进:与“悟空”同窥宇宙物质之奥秘

2017年12月01日 11:06:35 来源: 新华网

    新华网南京12月1日电(戚轩瑜/文 唐杨/图) 11月30日,中国暗物质粒子探测卫星“悟空”的首批重要科学成果正式发布。中国暗物质粒子探测卫星首席科学家、中科院紫金山天文台副台长常进在“暗物质粒子探测卫星‘悟空’首批重大科学成果报告会”结束后接受新华网采访。

    “悟空”上天带来了什么?

    在太空遨游不到两年,“悟空”发回的粒子数据就够每个中国人“分配”到2个了。11月30日,中国暗物质粒子探测卫星“悟空”的首批重要科学成果正式发布,“悟空”利用“火眼金睛”探测到高能宇宙粒子28亿多个(截至投稿时),其中1.4TeV能量处的电子找到约100个,此外还绘出了国际上最精确的高能电子宇宙射线能谱。

    “暗物质”被称为游离于人类认知之外的世纪之谜,它对自然界中人们所熟知的电磁力和核力拥有免疫力,以至于它可以像幽灵一样穿过人们的身体乃至地球而不留下痕迹。暗物质粒子本质的研究将带来物理学革命性的突破。

    2015年12月17日,中国暗物质粒子探测卫星首席科学家常进与自己的研发团队送别“悟空”,这颗暗物质粒子探测卫星正是中国科学家首次在太空中放置的高能粒子望远镜。 “这次我们公布的首批重大成果中,最令人兴奋的一项发现是在1.4万亿电子伏特能量处,发现了一簇明显高于平滑能谱结构的高能电子。这样的高能电子源,已经突破了常规物理模型可以解释的范围,需要用非常奇特的天体源来解释,也可能是暗物质湮灭留下的证据。”常进介绍。

    常进表示:“也许我们的研究成果能够鼓舞年轻人进行空间科学的研究,这就是我的梦想,或者说达到目的了。这是个纯粹基础的研究,根本无法估计探测到暗物质会对社会产生什么影响,社会会创造什么进步,它是基础科学。但是可以判断的一点是基础科学肯定会带动应用科学的进步,带动技术的进步,这是肯定的。”

    “悟空”“捉妖”本领有多强?

    暗物质卫星“悟空”的长宽高只有1.5米、1.5米、1.2米,比一张办公桌大不了多少。身量不大的“悟空”却有一身“踏破凌霄、拨云见日”的好本领,被专家们一致誉为“性价比极高”,是“花小钱办大事”。据悉,“悟空”整个项目总经费大约1.2亿美元,但是它的很多关键性能却要超过花费昂贵得多的国外同类探测卫星或装置,做到这一点很难。通过对探测器的独特设计,常进成功地实现了这一点。与国际上同类型设备相比,现在的“悟空”身负绝活:工作能段高、能量分辨率高、鉴别粒子本领强。

    “悟空”采用了紫金山天文台研究人员自主提出的分辨粒子种类的新探测技术方法,实现了对高能(5GeV-10TeV)电子、伽马射线的“经济适用型”观测。通俗点说,人类眼睛最敏感的可见光的能量约为2电子伏特,“悟空”火眼金睛的探测能力则相当于人眼的数万亿倍。相对于国外主要的空间暗物质探测设备而言,“悟空”的能量探测范围提升了近5倍,开辟了万亿电子伏特以上的全新探测窗口。

    进入太空后,“悟空”每天在500公里太阳同步轨道上绕地球飞行15圈,每当飞越中国上空,便将探测数据传向地面。谈及“悟空”的“捉妖”本领,“师傅”常进如数家珍:“悟空”漫步太空的前530天,平均每秒捕捉60个高能粒子,平均每天捕捉录500万个高能粒子,“捉妖”技术在世界领先。   

    “悟空”捕捉暗物质幽灵是什么原理呢?

    世界上暗物质探测通行的方法主要有地下直接探测、对撞机探测和空间间接探测三种。“悟空”采取的是空间间接探测,希望捕捉到暗物质在空间湮灭、衰变产生的高能粒子信号。“卫星的设计寿命是三年,从目前的状态看,‘悟空’的寿命将会大大超过这个设定。这是个好消息,意味着它将给我们带来更多数据,更多惊喜。”常进介绍。

    “悟空”的“取经”使命尚未完成。“再过1至3年,预期它在我们最为期待的1.4万亿电子伏特能量处观测电子数将积累到150-200个,那时结论会更确定。无论这些电子来源于哪里,都将是粒子物理或天体物理领域的崭新发现。”常进说。

    而一旦国际科学界进一步研究确认其暗物质起源,人类就可以根据“悟空”的探测结果获知暗物质粒子的质量、湮灭率,以及太阳系附近的暗物质团块分布特征,这些都是前人无法想象的成就。100年后,也许人类子孙后代的日常生活都离不开对暗物质性质的发掘和利用。

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【纠错】 [责任编辑: 崔可可 ]
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