“悟空”獲最精確高能電子宇宙射線能譜

暗物質(zhì)探測(cè)又有了新的進(jìn)展。倫敦時(shí)間11月29日，《自然》雜志在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)家的一項(xiàng)研究成果：利用“悟空”衛(wèi)星獲得了世界上最精確的高能電子宇宙射線能譜，這將對(duì)判定能量低于1TeV(1TeV=1萬億電子伏特)的電子宇宙射線是否來自于暗物質(zhì)起到關(guān)鍵作用，并有可能為暗物質(zhì)的存在提供新證據(jù)。

暗物質(zhì)問題是粒子物理和宇宙學(xué)的核心問題之一。暗物質(zhì)不發(fā)光，不發(fā)出電磁波，從來沒有被直接“看”到過。中科院院士吳岳良說，根據(jù)最新天文觀測(cè)結(jié)果，宇宙是由27%的暗物質(zhì)、68%的暗能量和5%的普通物質(zhì)組成的。對(duì)于神秘的暗物質(zhì)，科學(xué)家迫切想知道它到底是什么，對(duì)它們的研究很可能會(huì)引發(fā)科學(xué)上的革命。

2015年12月17日，暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”發(fā)射成功，這是中科院空間科學(xué)戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)的首發(fā)星。“悟空”衛(wèi)星首席科學(xué)家、中科院紫金山天文臺(tái)研究員常進(jìn)說，“悟空”衛(wèi)星是基于暗物質(zhì)粒子湮滅或衰變的假設(shè)(即暗物質(zhì)粒子的湮滅或衰變可以產(chǎn)生各種正、反粒子，這些粒子在太空中傳播就成了宇宙射線和伽馬射線的一部分)而工作的。“悟空”衛(wèi)星便通過收集高能宇宙射線粒子和伽馬射線光子，并分析其能譜和空間分布來尋找暗物質(zhì)粒子存在的證據(jù)。

“悟空”采用了紫金山天文臺(tái)自主提出的分辨粒子種類的新探測(cè)技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高能(5GeV—10TeV)電子、伽馬射線的“經(jīng)濟(jì)適用型”觀測(cè)。“悟空”在軌運(yùn)行的前530天共采集了約28億顆高能宇宙射線，其中包含約150萬顆25GeV(1GeV=10億電子伏特)以上的電子宇宙射線?；谶@些數(shù)據(jù)，科研人員成功獲取了目前國(guó)際上精度最高的電子宇宙射線探測(cè)結(jié)果。

早在“悟空”上天之前，國(guó)際上已有一些空間探測(cè)器在嘗試搜尋暗物質(zhì)。但由于探測(cè)器規(guī)模或設(shè)計(jì)方案的限制，它們的探測(cè)能區(qū)相對(duì)較低，分辨率和粒子鑒別本領(lǐng)也有限。而“悟空”采用了創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方案，既可探測(cè)低能區(qū)，也能探測(cè)高能區(qū)，是世界上第一臺(tái)能在空間觀測(cè)直至10TeV能量電子和伽馬射線的儀器。

現(xiàn)在“悟空”采集了大量高能電子宇宙射線，清晰地勾勒出電子宇宙射線在寬能量段的能譜行為，以高置信度觀測(cè)到了能譜在TeV處的拐折行為，并且在1.4TeV能量處發(fā)現(xiàn)存在精細(xì)結(jié)構(gòu)的跡象。

中科院紫金山天文臺(tái)研究員范一中說，電子能譜在高能區(qū)突然出現(xiàn)拐折，一定是有什么“源”影響了它。現(xiàn)在我們不能確定就是暗物質(zhì)影響了它，但如果能夠證明影響它的不是我們已知的物質(zhì)，那就很有可能是暗物質(zhì)了。

據(jù)常進(jìn)介紹，與以前的測(cè)量結(jié)果相比，“悟空”的能量測(cè)量范圍比其他空間項(xiàng)目顯著提高，打開了宇宙觀測(cè)新窗口;“悟空”測(cè)量到的TeV電子的“純凈”程度最高，能譜的準(zhǔn)確性更高;“悟空”首次直接測(cè)量到了電子宇宙射線能譜在1TeV處的拐折，其精確的下降行為對(duì)于判定部分電子宇宙射線是否來自于暗物質(zhì)起著關(guān)鍵作用。當(dāng)然，“悟空”的科學(xué)發(fā)現(xiàn)有待理論物理學(xué)家做進(jìn)一步的分析闡釋。

對(duì)于這次暗物質(zhì)探測(cè)上的進(jìn)展，常進(jìn)興奮地說，電子宇宙射線能譜在高能段出現(xiàn)了“引人矚目的現(xiàn)象”。中科院院長(zhǎng)白春禮則認(rèn)為，“悟空”成果的取得，表明中國(guó)科學(xué)家已經(jīng)從自然科學(xué)前沿理論的學(xué)習(xí)者、繼承者、圍觀者，逐漸走到了舞臺(tái)中央，中國(guó)科學(xué)家長(zhǎng)期以來在基礎(chǔ)科學(xué)前沿的投入和付出終于有了回報(bào)。(記者 李大慶 張夢(mèng)然)