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重磅成果!暗物質不解謎題 中國“悟空”率先突破

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公民

發表於 2017-11-30 23:58:04 |顯示全部樓層
暗物質粒子探測衛星“悟空”(DAMPE)團隊日前在北京發布首批科學成果。衛星首席科學家常進宣布,“悟空”衛星在軌運行的前530天共採集了約28億顆高能宇宙射線,其中包含約150萬顆25GeV以上的電子宇宙射線。基於這些數據,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能譜。 該能譜將有助於發現暗物質存在的蛛絲馬跡。

該成果於2017年11月30日(北京時間)在《自然》雜誌在線發表。

探測暗物質和研究暗物質物理本質是目前國際上粒子物理和天體物理領域的最重大問題之一

天文觀測表明宇宙中除了人類目前熟悉的普通物質(也就是標準粒子物理模型能解釋的物質)之外,還存在暗物質 。

“它們是一種特殊的物質,很可能是一種不參與電磁相互作用的、我們已知的粒子(如質子、電子、中子等)之外的全新粒子。這種物質不發光,也就是不發出電磁波,所以看不見。於是,我們就稱它為暗物質。”中科院高能物理所研究員、博士生導師張新民說,“與通常物質一樣,暗物質有引力作用。這個引力效應讓天文學家在宇宙空間發現暗物質占宇宙的23%,另外73%是暗能量。而組成我們身邊這個世界的‘常規物質’只占4%。”

雖然,人們早已經猜測到暗物質可能存在,但一直以來從未明確探測到暗物質粒子,因此,還不能確定暗物質的性質。

目前,尋找暗物質粒子、研究暗能量的物理本質、探索宇宙起源及演化的奧秘、結合粒子物理和宇宙學的研究已成為21世紀天文學和物理學發展的一個重要趨勢。

世界各國都在集中人力、物力和財力組織攻關,開展這一重大交叉學科的研究。

探測和研究暗物質為何如此重要?

張新民說:“對於宇宙中4%的物質,即所謂的通常物質,我們已經建立了一套非常完備的理論,即所謂標準模型,進行描述。但是標準模型並不能描述宇宙中暗物質的現象。這就表明,我們對於物質的基本組元、基本結構還有待進一步的深入研究。而暗物質是目前最明確的突破了標準模型的觀測現象,了解暗物質的性質就可能帶我們走進基本粒子更加深入細微的結構中,了解更加深刻、基本的物質構成的規律。在另一方面,了解暗物質的性質對於我們理解宇宙中像星系、星系團這樣的大尺度的結構是如何在宇宙演化過程中形成也同樣具有重要的意義。”

“悟空”衛星的核心使命就是在宇宙線和伽馬射線輻射中尋找暗物質粒子存在的證據

暗物質之所以“暗”,不僅是指它不發光,更重要的是它太難捉摸。

“每天可能有幾萬億個暗物質以高速穿過你的身體,且未留下任何痕跡,讓你完全感受不到。”張新民做了個比較,56式半自動步槍子彈出膛的速度是每秒700米,而這些暗物質粒子卻是以每秒220千米的高速在運動,是前者的300倍。

那麽,怎麽探測到暗物質呢?

科學家們曾對這種物質可能的形態做過很多理論上的猜測,例如,惰性中微子(Sterile neutrino)溫暗物質、引力微子(Gravitino)溫暗物質、軸子(Axion)冷暗物質等。

張新民說:“就目前而言,被研究得最多也是最被粒子物理學家看好的暗物質模型是所謂弱作用重粒子。主要因為這種粒子與普通物質有弱相互作用,所以具有可探測性。相比之下,對於許多其他的暗物質模型,由於其與普通物質的相互作用更弱,在目前的實驗水平下使得探測它們的可能性更小。”

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