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悟空暗物质卫星新发现,听听中国科学界怎么评论? 精选

已有 5962 次阅读 2017-11-30 16:29 |系统分类:科普集锦


  电影《大话西游》里紫霞有一句经典台词:“我的意中人是一位盖世英雄,有一天他会身披金甲圣衣、驾着七彩祥云来娶我。我猜中了开头,却猜不中这结局......”

  紫霞说的意中人就是孙悟空,在科学界也有这样的盖世英雄,那就是——中国的悟空暗物质卫星。

  早在19大会议期间,中国科学院院长白春礼院士就已经提到,不久的将来,中国的悟空暗物质卫星将发布重要进展。2017年11月27日,中国科学院在北京举行新闻发布会,宣布悟空暗物质卫星取得重大成果。2017年11月30日凌晨,“悟空”发布了运行18个月后获得了重要数据,相关论文在《自然》杂志发表,这是国际上最高水平的学术期刊之一。

  悟空暗物质卫星是我国第一颗天文卫星。这一次出手,果然是非同凡响。因为一旦发现暗物质粒子,那么这肯定是会得到诺贝尔奖的。暗物质问题是目前物理学的大问题之一,类似于100年前物理学出现的“两朵乌云”——那两朵乌云最后引起了新的科学革命,量子力学与相对论从此诞生。

悟空

悟空暗物质卫星(图片来源:新华视点)

  那么,悟空暗物质卫星到底有没有发现暗物质粒子呢?

  据研究人员说,这一探测成果还不能让我们确认已经发现暗物质——毕竟暗物质粒子到底是个啥我们还不知道,我们只是测到了一些反常的高能电子(当然运气好的话,这些电子就是暗物质的产物)。

  既然不能肯定找到了暗物质粒子,那么这到底是啥重要成果呢?我们只能这样说:本次实验发现了高能的反常电子信号,这些电子在能谱上具有拐弯与尖峰,疑似与暗物质相关。

  这一“尖峰”此前从未被人观测到,因此,这肯定是中国科学家取得的一项开创性成果,这一成果也可能对目前流行的弱相互作用大质量粒子的暗物质模型给出了强有力的限制(甚至可能淘汰这一模型),如果这些电子就是暗物质粒子相互碰撞产生的,那么这也就给出了暗物质粒子的可能质量,这一重要进展有望为现有的宇宙学理论带来革命性突破。与国际同行比较一下就会发现,这一成果是AMS、FermiLAT等外国同类卫星都没有取得的。

  那么,中国的科学界是怎么看待这个重要发现的呢?蝌蚪五线谱网站在第一时间访谈了相关专家,让我们听听他们怎么说。(以下排名不分先后,按照姓氏拼音首字母排序)

      毕效军(中国科学院高能物理研究所研究员):悟空测量了太空中高能电子的能谱,它的最高能量达到4.6TeV,这是目前空间实验直接测量电子谱所得到的最高能量。通常的天体产生的电子能谱是一个幂律谱,而悟空的结果在幂律谱上发现了几个“结构”,也就是对于幂律能谱的偏离。一个是0.9TeV的地方,能谱发生了一次“拐折”,一个是1.4TeV的地方电子数目偏高,明显偏离了幂律谱,最后就是在最高能的地方,似乎能谱又翘起来了。第一个“拐折”是空间实验第一次直接探测到,对于理解电子的加速过程具有重要的意义。当然,这个拐折也可能意味着这里隐藏了暗物质的信号。第二个点则是完全出乎人们预料的,目前仍然有可能只是一种数据的涨落,随着数据进一步积累,这个结构将会看得更加清楚或者消失。如果这个结构被证实,那无疑具有非常重要的意义:无论它是来源于暗物质,还是某种特殊性质的天体,都是以前大家没有认识到的全新的现象。第三个地方,同样的误差很大,还需要更多数据来确认。如果是真的,那就可能意味着悟空探测到来自附近的宇宙线源的贡献。

  王力帆(美国Texas A&M大学教授、中国科学院紫金山天文台研究员、南极天文中心主任):这个观测把电子能谱推高到了5TeV, 这对最终确定这些电子的来源非常重要。

  袁强(中国科学院紫金山天文台暗物质与空间天文研究部研究员,悟空项目论文作者之一):“悟空”这次的成果主要包括如下两点:

  1) 电子能谱在大约1 TeV(TeV为万亿电子伏特,相当于可见光能量的一万亿倍)能量处呈现出一个拐折;

  2) 在能量约1.4 TeV处发现一个尖峰状精细结构。

  “悟空”的精确测量对我们认识宇宙射线电子的起源以及其与暗物质之间可能的联系提供了重要信息。其中第一个拐折特征很可能反映出银河系中电子宇宙射线源的离散分布特性到高能段时变得更加明显,因为电子的快速冷却效应,越是高能的电子(在冷却之前)传播范围越近,因而便只能来自越小的空间范围,和低能电子可以来自于银河系大范围有所不同。就好比我们炖了一锅骨头豆子汤,如果把骨头切成和豆子一般大小,那我们随便盛一勺汤里面总会是豆子骨头都有。但往往骨头要大块很多,数量也不可能像豆子那么多,这个时候盛一勺可能有骨头也可能就没有骨头。第二个特征如果被后续观测证实的话,这将是超出所有人预期的新现象!它反映了在太阳系邻近空间里存在可以辐射出单一能量电子的源,可能是一个高度聚集的暗物质团块,也可能是某类跟人工加速器类似的奇特天体。无论哪种情况,用以往的简单常规的模型解释数据都有一定的困难。显然,我们对宇宙物理的理解需要拓展。

  张昊(中国科学院高能物理研究所副研究员):浩瀚而神秘的星空是大自然对人类的馈赠。借助现代物理学和天文学的观测仪器,我们不仅能看到来自宇宙深处的光,还能探测到穿越星际空间到达地球附近的其他粒子。这次“悟空”的结果,就是一张对来自深空的高能量电子的特写,它是目前人类得到的最好结果之一。对它的理解能够帮助天文学家和物理学家更好地理解已知的各种天体物理过程。而其中新奇的结构,则可能蕴藏人类未知的秘密。对这些新现象的进一步验证和研究,作为对未知世界探索的一部分,很可能会为我们带来激动人心的结果。

  张同杰(北京师范大学天文系教授):“悟空”这次的成果主要集中在电子能谱在大约1 TeV能量处呈现出一个拐折;并且在能量约1.4 TeV处发现一个尖峰状精细结构。这些精确测量对我们认识宇宙射线电子的起源以及其与暗物质之间可能的联系提供了重要天体物理信息,因此极为重要。目前用以往的简单常规的模型解释这些测量数据都有一定的困难,我们对宇宙天体物理的理解需要深入拓展。

  张新民(全国政协委员、中国引力波探测“阿里计划”首席科学家、中国科学院高能物理研究所研究员):这次探测是对暗物质粒子的间接探测,对认识暗物质的物理本质有重要的意义,对弱相互作用大质量粒子的暗物质模型给出了更强的约束!暗物质与暗能量是21世纪物理学天文学的重大前沿,各个国家都是集中人力物力财力进行攻关。我们国家在这方面也有多年的努力,我们有上天的探测(悟空),入地的探测(四川锦屏),将来还有对撞机的探测,我们国家也参与了国际的暗物质探测项目,尤其是丁肇中先生领导的AMS2。我们希望在不久的将来能取得很好的成绩,对人类的科学发展做出一个大国应有的贡献。  

  本篇采写  蝌蚪五线谱  张轩中





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