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“低調”的暗物質,中國科學家要看看你究竟

  • 發佈時間:2015-12-18 02:31:38  來源:科技日報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  本報記者 李大慶

  暗物質粒子探測衛星17日在甘肅酒泉發射升空。它承載著全球科學家,特別是物理學科學家的厚望。

  暗物質問題是粒子物理和宇宙學的核心問題之一,目前世界多國都在集中人力、物力和財力研究這一問題。美國國家研究委員會的、由19名權威物理學家和天文學家聯合執筆的2002年的報告中,列出了新世紀要解答的11個科學問題,其中“什麼是暗物質”被列在首位;在中國科學院制定的創新2050規劃路線圖中,暗物質和暗能量探索被列為可能出現革命性突破的基本科學問題的第一位 。暗物質和暗能量被認為是籠罩著21世紀物理學的兩朵新的烏雲,對它們的研究很可能會帶來科學上的新突破。

  有關探測暗物質的衛星,中國並不是世界上第一個發射的。那麼中國為什麼要發射暗物質粒子探測衛星?中國的這顆被命名為“悟空”的暗物質粒子探測衛星有哪些創新點?就此,記者採訪了研製暗物質粒子探測衛星的相關科學家。

  暗物質不發光,不發出電磁波,從來沒有被直接“看”到過。根據最新天文觀測結果,宇宙是由27%的暗物質、68%的暗能量和5%的普通物質組成的。對於神秘的暗物質,科學家迫切想知道它到底是什麼。

  暗物質探測衛星是基於暗物質粒子湮滅或衰變的假設,即暗物質粒子的湮滅或衰變會形成各種正粒子、反粒子對,這些粒子對在太空中傳播就成了宇宙射線和伽馬射線的一部分。暗物質探測衛星就是收集高能宇宙線粒子和伽馬射線光子,通過分析其能譜、空間分佈來尋找暗物質粒子存在的證據。

  在中國的暗物質探測衛星升空之前,中國科學家曾做過暗物質的探測。暗物質粒子探測衛星首席科學家、中科院紫金山天文臺研究員常進以前曾經研製過一個小的探測器,搭載在美國的一個長期停留在大氣層上空的氣球上,做了兩個月的實驗。在實驗中,探測器觀測到在高能譜段有一些奇怪的現象發生,科學家推測有可能就是暗物質碰撞産生了明物質,分佈在非常高的譜段。常進説,要想觀測到高能譜段,就必鬚髮射衛星,探測器要更大,才能看得更加清楚;而在太空中,受到的干擾最小,衛星飛行兩到三年,能夠累積很多數據,就能看到能量譜是不是按通常理解的方式分佈的,判斷暗物質是否存在。

  我們不能總是採用別人的數據做科學分析,也不能總是依靠搭載別人的衛星做我們想做的科學實驗。“中國第一顆人造地球衛星——東方紅一號發射已有45年,但到目前為止,中國的空間科學衛星還未成系列。”空間科學衛星工程常務副總指揮、中科院國家空間科學中心主任吳季説,相比之下,美國、歐洲、俄羅斯、日本等國家都做了大量以科學為目標的空間探索。作為一個航太大國,中國還沒有自己的科學衛星系列。要想向航太強國轉變,就不能沒有空間科學衛星系列。我們現在提出創新驅動發展,就不能總是跟在別人的後面走。

  17日順利升空的暗物質粒子探測衛星是我國第一顆由中科院自主研究、生産的衛星。同以前的衛星和國際同類衛星相比,它具有創新性。

  首先,這顆衛星的結構不同於以往我國發射的衛星,它是以載荷為中心的一體化結構設計。中國科技大學教授、暗物質探測衛星副總設計師安琦説,以往衛星都是設計一個平臺,相當於一個容器,然後把有效載荷置於其中,這時的有效載荷只能委曲地適應容器。而暗物質衛星的設計是以載荷(探測器)為中心,先把有效載荷集中安置好,再把衛星的其他部分見縫插針地“鑲嵌”在有效載荷的邊上。這種設計使得有效載荷達到1410公斤,平臺僅為440公斤,二者達到了3.2:1。這種載荷比在世界上都是極高的。

  其次,它是目前世界上觀測能段範圍最寬、空間和能量解析度世界領先的高能粒子探測器。據常進介紹,暗物質粒子探測器屬於大型空間高能觀測設備,它可以精確測量宇宙高能粒子(電子、伽瑪、宇宙射線核素等)的物理特徵和空間分佈。衛星主要由塑閃陣列探測器、硅陣列探測器、BGO量能探測器和中子探測器四大科學探測有效載荷組成。其觀測能段範圍覆蓋0.5GeV—10TeV,能量分辨優於1.5%,超過國際上所有同類探測器。它的能段是國際“阿爾法磁譜儀”實驗的10倍,探測器能量分辨比國際同類探測器高3倍以上。

  (科技日報酒泉12月17日電)

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