科學也可以如此靠近

只知道很厲害?悟空號的大發現究竟是什麼?其實可能算不上突破!


2018年4月07日18時 今日科學 環球科學大觀
環球科學大觀

科學的眼光觀世界 富有的思維察明理

人類尋找暗物質的步伐從未停止,與以往歐美科學家的突出貢獻不同,近年來相當一部分研究成果是由我國的暗物質粒子探測器(DAMPE)完成的。這一現象令西方科學界頗為感嘆…

DAMPE是中科院空間科學戰略先導專項的五顆衛星任務之一,也就是俗稱的「悟空」。它於2015年12月17日8時12分發射,本質上又是一個空間望遠鏡,其目標是以更高的能量和解析度來測量宇宙射線中正負電子之比,以找出可能的暗物質信號。正如最近我國科學家的發現,在DAMPE超過150萬個宇宙射線讀數中存在一個奇特的異常現象,以前所未有的高解析度和低背景噪音捕獲到電子和正電子。

電子代表我們所能看到的一切物質,反物質則是正電子組成的。通過測量它們的能量,科學家們希望能夠發現由於弱相互作用的大質量粒子(WIMPs)的分解而產生的過剩能量,這也是尋找暗物質最有希望的途徑。當這些粒子的數量與他們的能量相對應時,本應形成一條平滑的曲線,但是DAMPE發現這條曲線上存在一個顯眼的「斷點」。這個斷點學名叫光譜斷點,雖然此前曾間接證明了它的存在,但這次DAMPE是全球第一次直接發現這樣的信號。

數據表明,斷點處有其他東西干擾這些能量信號,也許正是暗物質的衰變!當然,科學家還需要更多的數據來確定這一猜想。幸運的是,DAMPE的壽命還能夠繼續維持工作狀態五年左右,此外還有100億次的宇宙射線讀數存儲,所以我們有機會深入研究能量曲線中的這個奇怪點。

如今,科學家們仍然不確定暗物質到底是什麼,但是從我們對萬有引力、宇宙中的物質以及光在空間中的彎曲方式的觀察,大多數專家都認為,除已知物理定律外還有別的作用。然而,能夠直接發現它是非常困難的。而DAMPE則可能幫助人類回答這個問題。

和遙遠太空中的DAMPE一樣,位於義大利阿布魯佐的Gran

Sasso國家實驗室地下1400深處的XENON1T探測器的任務是試圖發現暗物質的微弱漣漪。就像DAMPE一樣,XENON1T正在尋找那些難以捉摸的WIMP,並希望通過明確測量暗物質對實際物質的影響,如碰撞電子和正電子在太空中的射線,最終可以觀察到它。

結合宇宙微波背景實驗、高能伽馬射線測量和其他天文望遠鏡的數據,DAMPE數據最終可能有助於證明正電子異常與粒子暗物質的湮滅或衰變之間的聯繫。

所以,這次的發現可能是暗物質的證據,也可能是其他宇宙射線能量來源造成的。不過,DAMPE的發現說明存在著一個可能指標,使我們更接近這種構成宇宙大部分的神秘暗物質。


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