“悟空”卫星发现电子宇宙射线异常波动

 “悟空”卫星发现电子宇宙射线异常波动

有望揭开暗物质神秘面纱

在中国科学院紫金山天文台，“悟空”科学应用系统副总师范一中在介绍研究成果（11月2日摄）。

 暗物质，一个人类追寻多年的宇宙魅影，最近被中国“悟空”发现了疑似踪迹。据中国科学院公布，暗物质粒子探测卫星“悟空”有充分数据证实，在太空中测量到了电子宇宙射线的一处异常波动。这一波动此前从未被观测到，意味着中国科学家取得一项开创性发现，且有可能与暗物质相关。

当前科学界主流观点认为，人类已经发现的物质只占宇宙总物质量不足5%，剩余部分由约25%的暗物质和约70%的暗能量等构成。

经过两年持续观测，“悟空”在1.4万亿电子伏特（TeV）的超高能谱段，“定位”了一束明显异于常态的电子宇宙射线。“悟空”得出数据后，研究人员将初始数据分别交由4个中外团队独立分析计算，最后得出一致结论：在1.4TeV处确实出现了异常现象。

卫星首席科学家常进介绍，根据现有的探测数据量和理论模型，目前还无法作出断定这一现象是否就是暗物质踪迹。中科院院长白春礼说，即便与暗物质无关，也可能带来对现有科学理论的突破。

那么，究竟什么是暗物质？科学家究竟找到暗物质了吗？如果找到的是暗物质粒子，对人类而言有什么用？万一找到的不是暗物质，意义何在？对此，专家们一一作出解答。

 什么是暗物质？

暗物质至今在学界仍没有明确的定义，是因为科学家们还没有找到它。但科学家们对引力的大量观测，证明暗物质是确实存在的。

科学家们目前认为暗物质是“冷”和“暗”的，它不和光发生作用，因此肉眼看不见。目前主流观点认为，宇宙中已知的普通物质不到5%，即标准粒子物理模型能解释的物质；95%以上是暗物质和暗能量。

肉眼可见的普通物质构成了恒星，恒星组成星系，而它们都是受暗物质密度波动的影响产生的，普通物质与暗物质的引力共同作用，把彼此聚集在一起，就构成了星系。

目前科学家们对于暗物质有很多不同的假设模型。它的运动速度极快，可以达到子弹出膛速度的数百倍，穿过人体时不会留下任何痕迹，哪怕是一点点感觉。但它有引力，它产生的引力就好像拉着转动小球的一根透明的绳子，为银河系保持稳定起到了重要作用。

找到暗物质了吗？

常进表示，首批成果中最令人兴奋的是发现了100多个“奇异”电子，随着电子数量的进一步积累，可进一步提高该发现的置信度，为人类打开新的观测宇宙窗口。

中科院院士吴岳良分析，从目前数据分析看，这些“奇异”电子信号可能有两个来源，要么来自暗物质湮灭，要么来自超新星遗迹或是脉冲星。“从目前来看，来自前者的可能性似乎更有说服力。”吴岳良说。

一旦国际科学界进一步认可其来自暗物质起源，人类就可以根据“悟空”的探测结果获知暗物质粒子的质量、湮灭率，以及太阳系附近的暗物质团块分布等信息，这些都是以前无法得到的。

找到暗物质有什么用？

暗物质被称为“世纪之谜”。暗物质谜底的揭开，或许会与牛顿力学、爱因斯坦相对论一样，开启人类新的物理时代。“作为宇宙构成部分中超过25%的存在，怎么可能没有用？”吴岳良院士说，否则何来星系和宇宙结构，何来银河系、太阳系甚至我们人类？

中科院院长白春礼说，基础科学从发现到应用往往以百年为计量单位，而其影响必然是颠覆性的。“对科学的追求，是人类社会不断进步的主要动力。”常进说，暗物质的作用我们现在无从得知，但寻找暗物质的工作每天都在影响我和我的团队成员。也许再过100年，我们的后代日常生活都离不开暗物质突破后产生的新的理论。

寻找暗物质存在的证据，对于人类理解宇宙形成、探索宇宙本源至关重要。发现暗物质这样一种全新的物质，它很有可能成为取之不尽的高效能源，甚至帮助人类通过跃迁实现星际旅行，这些在将来或许都不再是梦想。

不是暗物质也很重要？

对于常进而言，他目前最关心的是，接下来“悟空”所捕捉到的这些“奇异”电子信号是否还会持续增加；一年后，能否达到科学发现所要求的精度。

“无论是不是暗物质，都将是一个重要的新现象。”常进表示。

长期以来，科学界普遍认为在1.4TeV以上的高能段是一片“沙漠”，但“悟空”正在进行的工作有望证明，这里其实“风光旖旎”。“物理学界现有的理论模型远不能解释关于宇宙的所有疑问，期待‘悟空’能够破旧立新。”暗物质卫星科学应用系统副总师范一中说。

白春礼则认为，如果研究最终确定发现了新粒子，是暗物质，这无疑非常重要。但如果不是暗物质，也意义重大。“耗资100亿美元建造的欧洲核子对撞机撞出一个上帝粒子，验证了理论学家的预测，使其得到了诺贝尔奖。而我们如果用不到1亿美元就找到新粒子，意义更加非凡。（据新华社）

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项目耗资不到1亿美元 3项“绝技”完胜同类

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”在哪儿？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，它们合在一起的引力“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，但本领一点也不打折。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。

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”，但“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，意味着对宇宙新知的探索将步入一片沙漠。

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。“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在明年底发表。”常进说。

（据新华社）