圖為我國(guó)暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空號(hào)” 中科院供圖

那如何才能找到暗物質(zhì)?由于暗物質(zhì)既不發(fā)光，也不參與電磁作用，人們目前只能通過(guò)引力產(chǎn)生的效應(yīng)感受到它的存在，但一直還沒(méi)有確鑿的證據(jù)說(shuō)“這就是暗物質(zhì)”。目前，世界上有很多科學(xué)團(tuán)隊(duì)在試圖找到它。主要有三種方法：

第一種是利用粒子對(duì)撞設(shè)備，看能否在實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生暗物質(zhì)，這方面的代表是歐洲的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)。

第二種是在很深的地下挖個(gè)大坑，在坑底放上精密儀器來(lái)探測(cè)暗物質(zhì)。到地下去的目的是為了屏蔽空氣中宇宙射線(xiàn)的影響。位于中國(guó)四川南部地底深處的錦屏地下實(shí)驗(yàn)室就是全球最深的暗物質(zhì)探測(cè)實(shí)驗(yàn)室，已于2010年投入使用。

第三種是在太空進(jìn)行間接探測(cè)，比如多國(guó)合作的阿爾法磁譜儀項(xiàng)目，“阿爾法磁譜儀2”自2011年被送至國(guó)際空間站后已分析了410億個(gè)初級(jí)宇宙射線(xiàn)事件，結(jié)果顯示暗物質(zhì)可能存在。中國(guó)2015年12月17日發(fā)射的暗物質(zhì)探測(cè)衛(wèi)星“悟空”，也是在太空展開(kāi)的探測(cè)行為。

為什么可以通過(guò)太空間接探測(cè)暗物質(zhì)呢?原理是這樣的：

根據(jù)人們已知的物理規(guī)律，來(lái)自宇宙空間的粒子能譜(能譜指的是粒子數(shù)目隨能量的變化情況)有其特定的分布，一般是隨著能量升高其數(shù)目逐漸下降。如果能譜出現(xiàn)異常，便意味著可能有新的物理原因。根據(jù)目前理論物理學(xué)家的推測(cè)，如果暗物質(zhì)粒子相互碰撞并湮滅，將可能產(chǎn)生高能電子。那么到空間去精確地探測(cè)高能電子能譜，就有可能發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)存在的蛛絲馬跡。“悟空”的核心使命就是在宇宙電子和伽馬射線(xiàn)輻射中尋找暗物質(zhì)粒子存在的證據(jù)，并進(jìn)行天體物理研究。

在中國(guó)科學(xué)院11月27日召開(kāi)的新聞發(fā)布會(huì)上，我國(guó)暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空號(hào)”首席科學(xué)家常進(jìn)對(duì)外宣布：“悟空”衛(wèi)星在軌運(yùn)行的前530天共采集了約28億高能宇宙射線(xiàn)，其中包含約150萬(wàn)25GeV以上的電子宇宙射線(xiàn)?；谶@些數(shù)據(jù)科研人員成功獲取了目前國(guó)際上最精確的電子宇宙射線(xiàn)探測(cè)結(jié)果。該成果于2017年11月30日(北京時(shí)間)在Nature雜志在線(xiàn)發(fā)表。

與之前結(jié)果相比：

(1) “悟空”衛(wèi)星的電子宇宙射線(xiàn)的能量測(cè)量范圍比起國(guó)外的空間探測(cè)設(shè)備(AMS-02, Fermi-LAT)有顯著提高，拓展了我們觀察宇宙的窗口。

(2) “悟空”衛(wèi)星測(cè)量到的TeV電子的“純凈”程度最高(也就是其中混入的質(zhì)子數(shù)量最少)，能譜的準(zhǔn)確性高。

(3) “悟空”衛(wèi)星首次直接測(cè)量到了電子宇宙射線(xiàn)能譜在~1 TeV處的拐折，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(duì)于判定部分(能量低于1 TeV)電子宇宙射線(xiàn)是否來(lái)自于暗物質(zhì)起著關(guān)鍵性作用。

此外，“悟空”衛(wèi)星的數(shù)據(jù)初步顯示在~1.4 TeV處存在能譜精細(xì)結(jié)構(gòu)。目前“悟空”衛(wèi)星運(yùn)行狀態(tài)良好，正持續(xù)收集數(shù)據(jù)，一旦該精細(xì)結(jié)構(gòu)得以確證，將是粒子物理或天體物理領(lǐng)域的開(kāi)創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)。

——關(guān)于“悟空”

“悟空”衛(wèi)星是中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)的首發(fā)星，它最早由紫金山天文臺(tái)的常進(jìn)研究員于2005年提出，在原中國(guó)科學(xué)院基礎(chǔ)局、科技部的支持下研制了原理樣機(jī)。2011年12月21日該項(xiàng)目被正式列入中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)-空間科學(xué)專(zhuān)項(xiàng)，常進(jìn)研究員擔(dān)任衛(wèi)星的首席科學(xué)家。該衛(wèi)星的探測(cè)器由紫金山天文臺(tái)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、近代物理研究所、高能物理研究所與國(guó)家空間科學(xué)中心聯(lián)合研制。瑞士的日內(nèi)瓦大學(xué)、意大利國(guó)家核物理研究院也參與了硅子探測(cè)器的研發(fā)。衛(wèi)星平臺(tái)由中科院微小衛(wèi)星研究院研發(fā)，地面科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)由紫金山天文臺(tái)負(fù)責(zé)建設(shè)。

“悟空”衛(wèi)星于2015年12月17日發(fā)射成功，是中國(guó)的首顆天文衛(wèi)星。該衛(wèi)星的數(shù)據(jù)分析工作獲得國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、科技部973青年科學(xué)家專(zhuān)題項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)-中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)衛(wèi)星聯(lián)合基金、國(guó)家自然科學(xué)基金委杰出青年基金、國(guó)家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀青年基金、中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”等項(xiàng)目的大力支持，由紫金山天文臺(tái)組織協(xié)調(diào)。(王瑩)