[科普中国]-新闻分析：中国“悟空”捕捉暗物质“蛛丝马迹”

新华社伦敦１１月２９日电 新闻分析：中国“悟空”捕捉暗物质“蛛丝马迹”

新华社记者张家伟

暗物质，这个看不见也摸不着的宇宙中“缺失质量”至今无法被直接证实，对于这片“物理学天空中的乌云”，国际科学界一直执着探寻。

英国《自然》杂志２９日在线发表报告说，基于中国暗物质粒子探测卫星“悟空”收集的数据，中国科研团队获取了目前国际上在万亿电子伏特能段精度最高的电子宇宙射线探测结果，有助于进一步捕捉暗物质存在的“蛛丝马迹”。

“悟空”首席科学家、中科院紫金山天文台副台长常进在中国科学院发布暗物质粒子探测卫星首批科学成果（11月27日摄）。新华社记者 金立旺 摄

探寻幽灵般存在

暗物质不发光，也不参与电磁相互作用，无法用任何光学或电磁观测设备直接观察，科学家只能通过引力产生的效应来推测它的存在。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％以上是至今仍笼罩神秘面纱的暗物质和暗能量。

了解暗物质，才有机会深入认识浩瀚宇宙。近年来，全球多个项目通过不同类型设备持续暗物质探索。这其中包括：欧洲核子研究中心大型强子对撞机开展的对撞实验，目的是通过粒子对撞产生暗物质；中国四川锦屏地下的ＰａｎｄａＸ（熊猫计划）、已完成使命的美国ＬＵＸ项目等属于测量暗物质散射至液体或固体的实验。

除了在地球上的对撞或散射实验，一些国家也在太空中基于暗物质湮灭产生反物质的原理开展相关探测，典型代表就是中国的“悟空”。

“悟空”２０１５年１２月发射升空，是中国首颗暗物质粒子探测卫星。与国际上类似的空间探测器相比，“悟空”在“高能电子、伽马射线的能量测量准确度”以及“区分不同种类粒子的能力”这两项关键技术指标上处于领先地位，特别适合寻找暗物质粒子湮灭过程产生的一些非常尖锐的能谱信号。能谱指的是电子数目随能量的变化情况。

搭载暗物质粒子探测卫星的长征二号丁运载火箭升空（2015年12月17日摄）。新华社记者 金立旺 摄

探测潜力可观

《自然》物理科学主编卡尔·日耶梅利斯告诉新华社记者：“高能电子宇宙射线能谱可为科学家探寻这些高能粒子源头提供线索，而这一源头可能包含的进程或许会涉及至今仍难以捉摸的暗物质，发表在《自然》上的最新探测结果也证实了暗物质粒子探测卫星在测量这类能谱上的可观潜力。”

当前，国际上对在太空中搜寻暗物质有较高期待。日耶梅利斯认为，在暗物质的探索中，像“悟空”这样的空间探测器被寄予厚望，但也不要忘记暗物质并不是天体物理学家需要解答的唯一问题，“‘悟空’获取的高能宇宙射线能谱信息将推动新理论发展，不管它是否能找到暗物质”。

“悟空”卫星地面科学应用系统副总设计师、紫金山天文台研究员范一中接受新华社记者采访时说，地面实验主要进行的是暗物质直接探测，也就是探测暗物质粒子与普通物质之间的碰撞过程，空间仪器的间接探测和地面直接探测所基于的物理假设区别很大，所以更多是互补关系。

对于空间仪器探测能否带来更大优势，范一中说：“地面实验的一个优势是周期较短，探测器可以建得越来越大，而空间探测周期更长，所以不好直接判断哪个方面的实验最先取得突破。”

探索中前行

什么时候能找到暗物质存在的确切证据？对暗物质探索一线的科学家来说，寻找一种充满未知的物质，不管是地面还是太空，都需要更多不同类型探测器，收集更多数据，排除更多理论假说，才可能找到认识暗物质的正确方向。

《自然》网站此前刊登的一篇报道说，一些运作高灵敏度暗物质探测仪器的团队至今无法获得实质成果，这给理论物理学家的一些主流观点带来挑战。

该报道称，欧洲ＸＥＮＯＮ１Ｔ项目在１０月底发布的新数据中仍没有太多实质收获，延续了过去３０年里科学家探寻暗物质粒子过程中遇到的困境。一些空间仪器以及欧洲核子研究中心的相关项目同样没有发现暗物质粒子的踪迹。

在“悟空”之前，美国航天局的费米太空望远镜已运行多年，它包括了广域望远镜和伽马射线暴监视系统，能够对伽马射线进行测量，这有助探寻暗物质粒子。此外，由诺贝尔奖得主丁肇中领导的阿尔法磁谱仪项目也一直走在探索暗物质前沿，阿尔法磁谱仪进入太空轨道多年来收集了大量宇宙射线事件，为理解宇宙射线产生、延伸以及探索暗物质提供了重要的基础信息。

“悟空”的出现无疑为这一领域的探测增添了利器。范一中说，中国自主进行的暗物质探测实验实际上刚刚起步几年时间，但无论间接探测还是直接探测，中国团队都取得了国际上引人瞩目的进展，“目前社会各界也对暗物质探测予以了前所未有的期待和关注。我们珍惜这一切，也期待社会各界给科学家们更多的时间”。

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