科學也可以如此靠近

大新聞! 中國發射的這顆衛星有重大發現,可能揭開一個大秘密!


新浪新聞中國「悟空」取得了重大發現!或許,你正在見證「物理課本」的改寫……北京時間日,國際權威學術期刊《自然》在線發表了中國首顆暗物質探測衛星「悟空」的首批成果:發現太空中的反常電子信號。「悟空」首席科學家、中國科學院紫金山天文台副台長常進說,電子宇宙射線的正...

2018年3月24日07時51分 - 今日科學 / 新浪新聞

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中國「悟空」取得了重大發現!或許,你正在見證「物理課本」的改寫……

北京時間30日,國際權威學術期刊《自然》在線發表了中國首顆暗物質探測衛星「悟空」的首批成果:發現太空中的反常電子信號。

「悟空」首席科學家、中國科學院紫金山天文台副台長常進說,電子宇宙射線的正常能譜變化應是一條平滑曲線。根據「悟空」積累的觀測數據,科學家們發現在1.4萬億電子伏特(TeV)的超高能譜段突然出現劇烈波動,反映在圖上是一個「尖峰」。

悟空」首席科學家、中國科學院紫金山天文台副台長常進在介紹「悟空」的首批成果

常進說,這一波動此前從未被人類觀測到,意味著中國科學家取得一項開創性發現。不過,根據現有探測數據量和理論模型,還無法斷定這一現象是否就是暗物質蹤跡。

當前主流觀點認為,暗物質約占宇宙質量的27%,它不發射、吸收、散射光子,也不參與電磁作用,甚是「神秘」。暗物質粒子相互湮滅或自身衰變時可以產生一些穩定的可觀測粒子,人們只能觀測這些「蛛絲馬跡」,反推暗物質的存在。

中國科學院院士吳岳良說,「悟空」首批成果中令人興奮的是發現了100多個「奇異」電子,這些「奇異」電子信號的來源或是來自暗物質湮滅,或是來自超新星遺蹟或脈衝星,「從目前來看,來自前者的可能性似乎更有說服力」。

資料圖。圖片來源:中科院

中國科學院院長白春禮表示,近年不斷湧現的科學成果表明,中國科學家長期以來在基礎科學前沿的投入和付出終於有了突破。他說,「悟空」用中國科學家特有的設計方案和中國工程師獨特的探測器製造技術,實現了國際上最精確和最高效的探測。

常進表示,計劃在2018年年底公布「悟空」的第二批科研成果。他們正在持續收集數據,確證那個「尖峰」的精細結構,力求在粒子物理或天體物理領域有開創性發現。

資料圖。圖片來源:中科院

從2015年12月17日成功發射,到2017年11月30日公布首批成果,中國首顆暗物質探測衛星「悟空」翱翔宇宙取「真經」。不知不覺間,「悟空」演繹了三部「大片」。

《捉妖記》:「火眼金睛」找到暗物質

「悟空」首席科學家、中國科學院紫金山天文台副台長常進說:「我們想通過『悟空』的火眼金睛,找到暗物質這個『妖魔鬼怪』。」

「妖」,指的是看不見、摸不著的暗物質。主流科學界認為,人類已發現的物質占宇宙物質總量不足5%,剩餘部分就是暗物質和暗能量。由於暗物質無法被直接觀測,與物質相互作用也比較弱,人類至今對其知之甚少。

近年來,全球多個團隊通過不同類型的設備持續「捉妖」,比如地上有歐洲核子研究中心大型強子對撞機,天上有美國費米衛星。雖為後起之秀,但「悟空」不僅更「經濟適用」,其電子宇宙射線能量測量範圍也有顯著提高,還能夠最大限度地過濾掉宇宙射線的「雜音」。

上天不到兩年時間,「悟空」發現了100多個「奇異」電子。常進說,如果「悟空」接下來還能持續捕捉這些「奇異」的電子信號,達到科學發現要求的精度,「「無論是不是暗物質,都將是一個重要的發現」。

《尖峰時刻》:從未被觀測到的「尖峰」

在軌運行的前530天裡,「悟空」共採集了約28億顆高能宇宙射線。基於這些數據,科研人員獲取了當前國際上精度最高的電子宇宙射線測量結果。

同樣放在一張圖上與美國費米衛星和阿爾法磁譜儀的測量結果作比較,人們不難發現,「悟空」探測的電子宇宙射線能量測量範圍顯著提高:它是首個在空間探測萬億電子伏特(TeV)以上波段的衛星。

常進團隊由此有了前所未有的發現,他們直接觀測到電子宇宙射線能譜在1TeV處的「拐折」,以及在1.4TeV處的「尖峰」。常進說,1.4TeV處存在能譜精細結構,即「精確地觀測到了電子數量忽然上升隨後又下降的尖銳變化」,但目前掌握的數據量還不足以對其進行確認。

中國科學院紫金山天文台研究員范一中說,電子能譜在高能譜段突然出現「拐折」,一定是有什麼「源」影響了它。如果能夠證明影響它的「源」不是已知物質,「那就很有可能是暗物質了」。

資料圖。圖片來源:中科院

《一代宗師》:對現有科學理論的突破

外界顯然更關心「『悟空』到底有沒有找到暗物質」並不斷追問。國際權威學術期刊《自然》中國區科學總監印格致(Ed Gerstner)回答:在前沿科學研究領域,科學家們直到多個方向的研究成果反覆互證,才會最終宣布「是的!我們找到了!」

毫無疑問的是,「悟空」今日發來的這份「捷報」再度點燃公眾對暗物質的熱情。常進說,「悟空」在軌運行良好,探測器正常工作率平均達到99.5%,有望超過3年設計壽命,「為我們『捉妖』5至10年」。

對於科學家們來說,還有一個問題是無法迴避也難以言說:找到暗物質,到底將對人們的生活帶來哪些影響?

「暗物質的作用我們現在無從得知,但是現在,尋找暗物質的工作每天都在影響著我和我的團隊成員。」常進舉例說,人們現在廣泛使用的全球資訊網最初來自於粒子物理學家的構想,「所以也許100年後,人類子孫後代的日常生活都離不開對暗物質性質的發掘和利用」。

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