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圖為甘肅酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丁運(yùn)載火箭成功將暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”發(fā)射升空的畫面。

暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”第一篇科學(xué)論文在北京時(shí)間30日凌晨2點(diǎn)出版的國際學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表，我國科研人員成功獲取了目前國際上精度最高的電子宇宙射線探測結(jié)果。據(jù)“悟空”首席科學(xué)家、中國科學(xué)院紫金山天文臺副臺長常進(jìn)研究員介紹，“悟空”是世界首個(gè)可以在空間觀測直至10TeV(1TeV=1萬億電子伏特)能量的電子和伽馬射線探測器，打開了暗物質(zhì)觀測的新窗口，讓人類尋找暗物質(zhì)的旅程前進(jìn)了一大步。

暗物質(zhì)和暗能量被稱為籠罩在現(xiàn)代物理學(xué)上空的“兩朵烏云”，對暗物質(zhì)的尋找和研究是粒子物理和天體物理領(lǐng)域最重大的問題之一。“悟空”的核心使命就是在宇宙線和伽馬射線輻射中尋找暗物質(zhì)粒子存在的證據(jù)，并進(jìn)行天體物理研究。

據(jù)常進(jìn)介紹，經(jīng)過近兩年的在軌運(yùn)行，“悟空”共采集到約28億高能宇宙射線，其中包含約150萬25GeV(1GeV=10億電子伏特)以上的電子宇宙射線。與費(fèi)米衛(wèi)星、阿爾法磁譜儀等國際上已有的空間暗物質(zhì)探測裝置相比，“悟空”有三個(gè)特點(diǎn)：

最高能——“悟空”的電子宇宙射線的能量測量范圍顯著提高。之前，利用氣球?qū)嶒?yàn)或太空實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的直接測量最多只達(dá)到2TeV左右，而“悟空”能夠檢測最高約10TeV的宇宙線電子和正電子。

最純凈——能夠最大限度地過濾掉宇宙射線的“雜音”，也就是其中混入的質(zhì)子數(shù)量最少，測量到的TeV電子能譜的準(zhǔn)確性高。

最精確——“悟空”對高能電子和伽馬射線能量測量最準(zhǔn)確。“悟空”首次直接測量到了電子宇宙射線能譜在1TeV處的“拐折”，即超高能電子數(shù)目出現(xiàn)了快速減少。常進(jìn)表示，這與之前地面望遠(yuǎn)鏡陣列實(shí)驗(yàn)的結(jié)果類似，但“悟空”的結(jié)果誤差顯著減小，置信度高。特別值得一提的是，“悟空”衛(wèi)星的數(shù)據(jù)初步顯示在1.4TeV能區(qū)存在能譜精細(xì)結(jié)構(gòu)。常進(jìn)解釋，所謂“精細(xì)結(jié)構(gòu)”就是“精確地觀測到了電子數(shù)量忽然上升隨后又下降的尖銳變化”，但“目前我們的數(shù)據(jù)量還不足以對其進(jìn)行確認(rèn)”。“悟空”運(yùn)行良好，預(yù)期還將在軌運(yùn)行至少3年持續(xù)收集數(shù)據(jù)，“一旦該精細(xì)結(jié)構(gòu)得以確認(rèn)，將是開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)”。

“悟空”于2015年12月17日發(fā)射成功，其采用中國科學(xué)院紫金山天文臺研究人員自主提出的分辨粒子種類的新探測技術(shù)方法，“高能電子、伽馬射線的能量測量準(zhǔn)確度”和“區(qū)分不同種類粒子”兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)處于世界領(lǐng)先水平，尤其適合尋找暗物質(zhì)粒子湮滅過程產(chǎn)生的一些非常“尖銳”的能譜，即電子數(shù)目隨能量突然發(fā)生變化的信號，是國際暗物質(zhì)研究的重要一員。