“悟空”为什么“能” 首批科学成果三宗“最”

2017-11-30 新华社

  中国暗物质粒子探测卫星“悟空”于北京时间30日正式公布首批重要科学成果。这只来自中国的“顽猴”出手不凡,仅两年的观测结果就发现了前所未有的现象,或有望揭开暗物质的神秘面纱。

  “悟空”究竟“能”在哪?此次发现是否合乎当初的科研目标?有可能取得的成果将会是何种级别……暗物质卫星科研团队为公众分析首批科学成果的三宗“最”。

  最“经济适用”的卫星

  花费小、本领大,看得清、测得准。谈到2015年底发射的暗物质卫星“悟空”,专家一致给予“性价比”很高的评价。

  天文学家发现,银河系外围恒星围绕银河系中心旋转的速度“太快”,因此,在银河系中除了可见物质之外,一定还有其他看不见的物质,他们合在一起的引力“拉着”这些天体,使其不至于由于速度过高而飞离银河系。为此所做的计算表明,这些看不见的物质总量是普通物质的5倍以上,它们就是“暗物质”。

  “悟空”在太空中的任务,就是通过间接方法,捕捉暗物质湮灭、衰变的蛛丝马迹。在这一方面,造价数亿至数十亿美元的费米卫星、阿尔法磁谱仪目标类似,但“悟空”项目耗资不到1亿美元,堪称“经济适用”的典范。

  虽然花钱少,但本领一点不打折。卫星首席科学家常进介绍,“悟空”在同类设备中拥有工作能段最高、能量分辨率最高、粒子鉴别本领最强3项“绝技”。

  “‘悟空’具有百万选一不出错、同时看100万倍能量范围的能力。说‘火眼金睛’一点也不为过。”常进说。

  最“意外”的发现

  “悟空”降妖伏魔,源于两次“意外”。

  1997年,美国宇航局在南极开展南极长周期气球项目ATIC,主要目标是观测高能宇宙射线,电子、伽马射线本不在观测之列。

  “这是个机会!”常进意识到,美国选择的南极,是地球上观测高能电子独一无二的窗口。他一遍遍给南极项目负责人发邮件,阐述自己的观测构想。

  经过一年多验算、证明,这一最初被认为“疯狂”的计划最终得到支持。此后7年,常进3次参与南极观测,在3000多万个宇宙线粒子里成功找到210个超出正常能谱的高能电子。2008年,以常进为第一作者的论文在《自然》杂志发表。在文中,常进论述了电子“超出”可能来自暗物质湮灭,“搭便车”的研究最终获得了国际瞩目的成就。

  第二次“意外”出现在“悟空”上天后。卫星科学应用系统副总师范一中说,本来所有的注意力都放在以前实验结果中的“超出”能段,谁也没想到,在更高的1.4TeV能量处,会再发现异于正常能谱的“奇异”电子。

  “这可能会是‘悟空号’最重要的发现。科学就是这样,无心插柳、种瓜得豆,你永远不知道下一秒会有什么惊喜。”范一中说。

  最令人期待的成果

  “从未预想的成果”“激动人心的发现”……对于此次公布的“悟空”成果,《自然》中国区总监印格致毫不吝惜地给予了极高评价。

  虽然目前积累的粒子数量还不足以确证“发现”,“悟空”在1.4TeV处捕捉的“奇异”电子,依然引起了物理学者的强烈关注。

  2013年,欧洲核子中心确认发现被誉为“上帝粒子”的希格斯玻色子。物理学标准模型61种基本粒子的最后一块拼图归位。但这并不是宇宙的最终答案。功德圆满的模型如果不能突破,也意味着对宇宙新知的探索即将步入一片沙漠。

  范一中说,1.4TeV能量处的“奇异”电子信号如果得到确认,将超出常规天文模型的解释范畴,要么来自暗物质湮灭,要么来自宇宙中某种奇特的“新型加速器”。

  “现在看来,最有可能的解释是来源于暗物质。”中科院院士吴岳良说。

  “粒子物理领域已经进入下半场,希望‘悟空’能够得分。按照目前的进度,我们的第二批科学成果预计将在明年底发表。”常进说。

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