新華社北京11月30日電（記者喻菲 屈婷）中國(guó)暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星的首批探測(cè)成果發(fā)表在最新一期《自然》雜志上。那么這顆又名“悟空”的衛(wèi)星究竟帶領(lǐng)人類領(lǐng)悟了怎樣的太空？
近日，幾位暗物質(zhì)研究領(lǐng)域的科學(xué)家詳細(xì)解讀了悟空的探測(cè)結(jié)果，并對(duì)暗物質(zhì)研究進(jìn)行了展望。
悟空發(fā)現(xiàn)了什么？
暗物質(zhì)衛(wèi)星首席科學(xué)家、中科院紫金山天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)常進(jìn)說(shuō)，悟空在世界上首次從太空中對(duì)最高能段的電子宇宙射線開(kāi)展直接觀測(cè)，成功獲取了目前國(guó)際上精度最高的電子宇宙射線探測(cè)結(jié)果，首次直接測(cè)量到了電子宇宙射線能譜在0.9TeV處的“拐折”，這對(duì)于科學(xué)家區(qū)分低于1TeV的電子宇宙射線是來(lái)自暗物質(zhì)還是來(lái)自天體現(xiàn)象具有關(guān)鍵意義。
他說(shuō)，悟空現(xiàn)有數(shù)據(jù)中最出乎科學(xué)家預(yù)料的跡象是：電子宇宙射線能譜在1.4 TeV處似乎存在一個(gè)“尖銳結(jié)構(gòu)”，這可能預(yù)示著宇宙中存在“質(zhì)量為1.4TeV左右的新粒子”或者“尚不為人知的單能態(tài)TeV粒子加速器”。如果這個(gè)精細(xì)結(jié)構(gòu)最后能得以確證，這將是粒子物理或天體物理領(lǐng)域的開(kāi)創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)，是超過(guò)現(xiàn)有教科書之外的發(fā)現(xiàn)。
暗物質(zhì)衛(wèi)星科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師范一中說(shuō)，丁肇中先生在國(guó)際空間站上的實(shí)驗(yàn)是類似的測(cè)量，一般認(rèn)為精確測(cè)量能譜的下降行為非常關(guān)鍵，可以用來(lái)區(qū)分是不是暗物質(zhì)?！拔蚩铡卑褜?shí)驗(yàn)物理學(xué)家最關(guān)心的電子宇宙線能譜在1TeV附近怎樣下降的行為測(cè)出來(lái)了，這是一個(gè)非常關(guān)鍵的突破。
中科院高能物理所研究員畢效軍說(shuō)：“這次測(cè)量很有意義，這是人類第一次在空間實(shí)驗(yàn)上直接探測(cè)到電子能譜的‘拐折’，這有可能幫助大家更多地了解宇宙線電子的起源?！?/p>
悟空探測(cè)到的信號(hào)是暗物質(zhì)嗎？
范一中說(shuō)：“我們不能說(shuō)我們發(fā)現(xiàn)了暗物質(zhì)，我們只能說(shuō)在哪里發(fā)現(xiàn)了奇怪的現(xiàn)象，然后由理論物理學(xué)家去解釋?！?/p>
“我個(gè)人認(rèn)為，低于1TeV的電子尤其是正電子大部分應(yīng)該是來(lái)自天體物理現(xiàn)象，如果進(jìn)一步測(cè)得更準(zhǔn)，可能一些小結(jié)構(gòu)與暗物質(zhì)有關(guān)?，F(xiàn)在我們更關(guān)心1.4TeV的這個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，這個(gè)突起的點(diǎn)太怪了，我們從來(lái)沒(méi)有想到過(guò)天上會(huì)有這個(gè)家伙。如果這個(gè)信號(hào)被確認(rèn)，那么意義重大。它也許意味著一種新粒子，就算不是新粒子，哪怕是天文現(xiàn)象也是從來(lái)沒(méi)有人想到過(guò)的重大新發(fā)現(xiàn)。”范一中說(shuō)。
他說(shuō)：“對(duì)于悟空號(hào)團(tuán)隊(duì)目前最重要的是收集到足夠的數(shù)據(jù)來(lái)確認(rèn)是否有這個(gè)能譜結(jié)構(gòu)，我對(duì)此充滿期待?！?/p>
香港大學(xué)物理系與空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)室副教授、最年輕的高能天體物理學(xué)最高獎(jiǎng)Bruno Rossi Prize獲得者蘇萌說(shuō)，能譜上的“拐折”在一些科學(xué)家眼中已經(jīng)是暗物質(zhì)的一個(gè)重要信號(hào)了。但是即便把它測(cè)量精確一百倍，也不能肯定它就是暗物質(zhì)，因?yàn)橛衅渌祗w物理的解釋，暗物質(zhì)只是一個(gè)可能。
“但1.4TeV處的現(xiàn)象非常有趣，不過(guò)現(xiàn)在還只是看到了跡象，因?yàn)榻y(tǒng)計(jì)的置信度還不夠高?！碧K萌說(shuō)。
“如果這個(gè)信號(hào)真的存在，這是這種衛(wèi)星所能看到的最像暗物質(zhì)的信號(hào)了，但是即便如此，大家也只能說(shuō)，太像了！咱們?cè)倥匆豢?。誰(shuí)都不能拍板說(shuō)這是暗物質(zhì)產(chǎn)生的信號(hào)，如果要確認(rèn)是暗物質(zhì)，需要不同的實(shí)驗(yàn)多方檢驗(yàn)?！彼f(shuō)，“它或許是暗物質(zhì)，也可能是天體物理起源，比如中子星也可能產(chǎn)生很高能量的電子，能不能排除，需要進(jìn)一步研究，需要對(duì)天體物理背景有更深刻的理解?！?/p>
畢效軍說(shuō)：“如果隨著衛(wèi)星數(shù)據(jù)的增加確認(rèn)這個(gè)信號(hào)是真的，那將具有非常重要的意義。這意味著存在一個(gè)1.4TeV的暗物質(zhì)粒子或者我們附近存在一個(gè)可以把電子加速到單一能量的天體源。如果用暗物質(zhì)解釋，那和我們通常對(duì)暗物質(zhì)的理解不太一樣。它符合最流行的暗物質(zhì)粒子模型，即弱相互作用大質(zhì)量粒子（WIMP），但是具有比較特殊的性質(zhì)?！?/p>
距離確認(rèn)發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)還有多遠(yuǎn)？
中科院院士陳和生說(shuō)，暗物質(zhì)探測(cè)主要包括上天、入地、加速器三種實(shí)驗(yàn)，即便這三種實(shí)驗(yàn)中的任何一種發(fā)現(xiàn)了暗物質(zhì)候選粒子，要確認(rèn)它就是暗物質(zhì)也是極為艱巨的任務(wù)，三種實(shí)驗(yàn)或至少兩種，必須相互驗(yàn)證，才能確認(rèn)這種粒子的存在。
蘇萌說(shuō)：“打個(gè)比方，之前大家都說(shuō)在這個(gè)地方拍到照片就能捉到暗物質(zhì)。現(xiàn)在悟空探測(cè)到的電子宇宙射線能譜，就像是拍出了這張照片，但大家發(fā)現(xiàn)還不能確定，為了不造成冤假錯(cuò)案，還需要收集更多證據(jù)，進(jìn)一步鎖定范圍?！?/p>
“期待用一顆衛(wèi)星找到暗物質(zhì)，就像期待買一張彩票就中超級(jí)大獎(jiǎng)。”蘇萌說(shuō)。
他說(shuō)，“既然悟空探測(cè)到的信號(hào)存在暗物質(zhì)和天體物理的可能性，就非常值得進(jìn)一步開(kāi)展實(shí)驗(yàn)測(cè)量，非常值得再研制一個(gè)更好的衛(wèi)星。悟空的探測(cè)結(jié)果顯然會(huì)深刻影響國(guó)際同行，歐美主要國(guó)家一定會(huì)開(kāi)始討論造衛(wèi)星超過(guò)我們，這個(gè)能量段顯然比以前人們期待的更豐富、更好玩、更有可能有‘金礦’?！?/p>
尋找暗物質(zhì)為什么重要？
常進(jìn)說(shuō)：“暗物質(zhì)現(xiàn)在不會(huì)影響你的生活，但是會(huì)影響我的生活，將來(lái)會(huì)影響你后代的生活。在100年前量子物理剛被發(fā)現(xiàn)時(shí)，人們認(rèn)為一點(diǎn)用處都沒(méi)有，但是現(xiàn)在我們使用的手機(jī)、電腦等等都跟量子物理有關(guān)。我們只有弄清楚暗物質(zhì)的物理本質(zhì)以后，才能說(shuō)它對(duì)未來(lái)產(chǎn)生什么作用，但是物理的進(jìn)步會(huì)導(dǎo)致科技的進(jìn)步，這是百分百肯定的?！?/p>
陳和生說(shuō)，粒子物理的“標(biāo)準(zhǔn)模型”正確地解釋了幾乎所有的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，獲得了18次諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。然而暗物質(zhì)和暗能量的存在使粒子物理學(xué)面臨最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，標(biāo)準(zhǔn)模型只能解釋宇宙中約5%的物質(zhì)，卻對(duì)宇宙的95%都一無(wú)所知——如同依然在瞎子摸象，或是坐井觀天。
“暗物質(zhì)和暗能量是本世紀(jì)物理學(xué)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，也意味物理學(xué)面臨重大突破的歷史機(jī)遇。希望中國(guó)物理學(xué)家能夠?qū)Π滴镔|(zhì)這場(chǎng)革命作出重大貢獻(xiàn)，這也是我們中國(guó)夢(mèng)的一部分。” 陳和生說(shuō)。
蘇萌說(shuō)：在我看來(lái)發(fā)現(xiàn)引力波都沒(méi)有找到暗物質(zhì)重要，因?yàn)長(zhǎng)IGO看到的是一個(gè)肯定要看到的信號(hào)，是愛(ài)因斯坦引力理論的直接預(yù)言，只是人類要花多大代價(jià)看到的問(wèn)題。但是如果悟空能看到暗物質(zhì)信號(hào)并且被確認(rèn)，那是誰(shuí)都沒(méi)有想到，也沒(méi)有預(yù)言過(guò)的。
“在人類科學(xué)進(jìn)程中，很少看到東方文化的影子。作為崛起的大國(guó)，中國(guó)發(fā)展到現(xiàn)在這個(gè)階段，有能力和條件為人類文明進(jìn)步做出貢獻(xiàn)，在科學(xué)探索中留下中國(guó)人的腳印，我想這是中國(guó)科學(xué)家?jiàn)^斗的意義和價(jià)值所在?！碧K萌說(shuō)。（實(shí)習(xí)生曹鵬遠(yuǎn)對(duì)此文有貢獻(xiàn)）
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