探源宇宙射線,“悟空”捕獲新證據

作者:Bubles    發表日期:2017-11-30 20:07:09

原標題:探源宇宙射線,“悟空”捕獲新證據

本報訊(記者 黃海華)我國的“悟空”暗物質粒子探測衛星,日前捕獲到了世界上最精確的高能電子宇宙射線能譜(能譜指的是電子數目隨能量的變化情況)。更讓科學家興奮的是,他們首次直接測量到了這一能譜在1TeV 的拐折(eV是電子伏特的英文縮寫,電子伏特是能量的單位,1TeV=1萬億電子伏特),這對於判定部分電子宇宙射線是否來自暗物質起著關鍵作用。“悟空”衛星的數據初步顯示在1.4TeV處存在能譜精細結構,一旦該精細結構得以確證,將是粒子物理或天體物理領域的開創性發現。

  今晨2時,這些重大成果在線發表在《自然》雜誌上,有望推動人們進一步理解特定電子宇宙射線的神秘起源。

  尋找暗物質存在的蛛絲馬跡

  浩瀚宇宙中,看不見的物質總量遠遠比看得見的物質更多。暗物質約占26.8%,暗能量約占68.3%,合計占了宇宙總能量密度的95.1%。尋找暗物質,一直是重大的科學前沿問題。如果暗物質粒子相互碰撞並湮滅,會轉換為看得見的高能電子粒子,通過在空間探測高能電子能譜,可以發現暗物質存在的蛛絲馬跡。

  “悟空”衛星首席科學家常進介紹,“悟空”衛星在軌運行的前530天,共采集了約28億顆能量在5GeV―10TeV 之間的高能宇宙射線,其中包含約150萬顆能量在25GeV以上的電子宇宙射線。基於這些數據,科研人員成功獲取了目前國際上精度最高的電子宇宙射線探測結果。

  人類眼睛最敏感的可見光能量約為2eV。之前利用氣球實驗或太空實驗進行的直接測量最多隻達到2TeV左右,利用地基望遠鏡陣列進行的間接測量最多隻達到5TeV左右,而“悟空”能夠探測到最高約10TeV的宇宙射線,相比國外的空間探測設備(比如丁肇中主持的阿爾法磁譜儀項目),能量測量範圍顯著提高,電子的“純淨”程度最高(混入的質子數量最少),能譜的準確性高。

  “這是世界上第一次在空間觀測TeV級別的波段,火眼金睛的‘悟空’,拓展了我們觀察宇宙的窗口,讓我們有機會發現新的物理現象。”常進說。

  第二批觀測成果明年底發布

  來自常規宇宙射線源的宇宙射線能譜根據我們已知的物理規律有其特定的分布,其分布規律是逐漸下降的。如果出現異常,必然有著新的物理原因。“悟空”衛星首次直接測量到了電子宇宙射線能譜在1TeV處的“急速”拐折,該拐折反映了宇宙中高能電子輻射源的典型加速能力,其精確的下降行為對於判定能量低於1TeV的電子宇宙射線是否來自暗物質湮滅是關鍵性數據。

  “我們很幸運直接測量到了這一拐折,這是一個新發現。”暗物質衛星工程科學應用係統副總師範一中介紹,他們觀測到小於1TeV 的電子宇宙射線粒子數目起初是緩慢下降,但從1TeV開始突然快速下降,就好比來了個緊急刹車。國外地麵望遠鏡此前看到過一些類似的跡象,但誤差很大,無法確定。之前各種暗物質模型都預測過會有拐折,不同模型預測的拐折行為各有差異,但這一拐折和之前大家期待的暗物質模型都不同。“究竟是否暗物質還不確定,需要兩到三年的數據積累,也需要全世界理論物理學家去解讀。衛星的工作可以用完美來形容,‘悟空’取來了真經,至於是什麽經,還不清楚。”

  這一拐折使得1TeV以下的最簡單暗物質模型受到挑戰,意味著它可能來自新天體物理源或暗物質湮滅/衰變,需要更複雜的暗物質模型來解釋。

  此外,“悟空”衛星的數據初步顯示在1.4TeV處存在能譜精細結構。一旦得以確證,將是粒子物理或天體物理領域的開創性發現。“種瓜得豆,在科學研究中是常有的事情。我們在高能段觀測到了這一引人矚目的現象。”常進說,1.4TeV 處電子能譜的精細結構暗示了暗物質粒子存在的可能的新證據。

  “我給衛星打100分。”常進介紹,目前“悟空”衛星運行狀態良好,所有探測器性能和剛發射時一樣,正持續收集數據,預計將遠遠超出3年設計壽命。計劃明年年底,會有第二批觀測成果發布。

  記者手記

  如果不是暗物質,將是更加重大發現

  “悟空”暗物質探測衛星的首批重大成果發布後,有的人可能會有些失望,因為還沒有直接探測到暗物質。

  任何重大發現的前夜,可能對於科學家來說比發現本身更有魅力。此次,科學家們第一次直接測量到了高能電子宇宙射線能譜在1Tev的拐折,這個不同尋常的拐折對於判定部分電子宇宙射線是否來自暗物質起著關鍵性作用。盡管,它還有待進一步驗證,但這個發現,就足以讓人興奮。

  許多開創性發現,並不是一蹴而就的,而是需要更多的數據積累和更多的驗證。如果沿著重大發現的時間軸回溯,你會看到它正是由許多讓人興奮或疑惑或深思的多個瞬間組成。

  科幻小說作家艾薩克阿西莫夫曾經說過,在科學探索中能聽到的最激動人心的一句話,即在最重要的新發現之前出現的短語,不是“我找到了”,而是“嗯……這挺奇怪”。自然科研中國區科學總監印格致博士深有同感,他認為“悟空”衛星團隊發布的科研結果也是如此,“我們現在還不知道這些結果代表著什麽,但這些結果是出乎我們意料的,它們有潛力改變我們看待宇宙的方式。”

  “如果未來證明是暗物質,將會是一個重大的發現。如果不是暗物質,將會是一個更加重大的發現。”中科院院長白春禮說。

  毋庸置疑,今天是一個重要的日子,在人類科學發展曆史上,它注定會成為一個閃亮的瞬間。


本文來源:http://news.ifeng.com/a/20171130/53714737_0.shtml




Tag:
本文鏈接:http://www.dating852.com/49494.html