中科院暗物質(zhì)獲重大成果,發(fā)現(xiàn)了異常的能譜精細(xì)結(jié)構(gòu)

　　北京時(shí)間11月30日凌晨2時(shí)，暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”的首篇論文成果在頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》上在線發(fā)表?；谠谲夁\(yùn)行的前530天收集的28億高能宇宙射線，“悟空”科研團(tuán)隊(duì)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。

　　值得一提的是，暗物質(zhì)衛(wèi)星首席科學(xué)家、紫金山天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)常進(jìn)在發(fā)布會(huì)上介紹到，數(shù)據(jù)初步顯示，約1.4TeV（萬(wàn)億電子伏特）處發(fā)現(xiàn)了異常的能譜精細(xì)結(jié)構(gòu)，可能是新粒子存在的證據(jù)，也可能來(lái)自于某種天體物理現(xiàn)象。

　　一旦該精細(xì)結(jié)構(gòu)被后續(xù)數(shù)據(jù)確認(rèn)，將是粒子物理或天體物理領(lǐng)域的突破性發(fā)現(xiàn)。

　　“經(jīng)濟(jì)適用型”的“火眼金睛”

　　“悟空”將在下個(gè)月迎來(lái)發(fā)射2周年紀(jì)念日。“悟空”衛(wèi)星是中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)的首發(fā)星，也是中國(guó)首顆天文衛(wèi)星。取名“悟空”，衛(wèi)星被寄予了通過(guò)“火眼金睛”探測(cè)宇宙暗物質(zhì)的使命。

　　暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”號(hào)

　　占據(jù)宇宙95%密度的暗物質(zhì)與暗能量雖不可見(jiàn)，但科學(xué)家們推測(cè)，暗物質(zhì)粒子湮滅和衰變后，可能會(huì)產(chǎn)生看得見(jiàn)的普通高能粒子。只是這些粒子的信號(hào)十分微弱，容易被宇宙射線背景信號(hào)淹沒(méi)，因此，“悟空”的“火眼金睛”，本質(zhì)上就是高能量分辨、高空間分辨、高統(tǒng)計(jì)量、低本底的高能粒子望遠(yuǎn)鏡?！拔蚩铡?a target="_blank">探測(cè)器具體包括塑閃陣列探測(cè)器、硅徑跡探測(cè)器、BGO量能器和中子探測(cè)器4個(gè)載荷。

　　常進(jìn)最早在1998年提出了分辨粒子種類的新探測(cè)技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)高能電子、伽瑪射線的“經(jīng)濟(jì)適用型”觀測(cè)，尤其適合尋找暗物質(zhì)粒子湮滅過(guò)程產(chǎn)生的一些非常尖銳的能譜信號(hào)。所謂能譜，就是電子數(shù)目隨能量的變化情況。

　　為了尋找暗物質(zhì)，“悟空”特別關(guān)注的特征性信號(hào)有三種：伽瑪譜線、暈狀分布伽瑪射線和奇異電子能譜結(jié)構(gòu)。它平均每秒，就能捕獲60個(gè)高能粒子。

　　常進(jìn)介紹道，“悟空”在軌運(yùn)行的前530天采集了約28億高能宇宙射線，其中包含約150萬(wàn)25GeV以上的電子，基于這些數(shù)據(jù)“悟空”給出了目前國(guó)際上精度最高的電子宇宙射線探測(cè)結(jié)果。

　　比起國(guó)外的空間探測(cè)設(shè)備，如美國(guó)費(fèi)米衛(wèi)星和丁肇中先生領(lǐng)導(dǎo)的阿爾法磁譜儀， “悟空”衛(wèi)星的電子宇宙射線的能量測(cè)量范圍有顯著提高。

　　其次，“悟空”測(cè)量到的萬(wàn)億電子伏特級(jí)別的電子 “純凈”程度最高，也就是其中混入的質(zhì)子數(shù)量最少。

　　最后，“悟空”衛(wèi)星首次直接測(cè)量到了電子宇宙射線能譜在約1 TeV處的拐折，該拐折反映了宇宙中高能電子輻射源的典型加速能力，其精確的下降行為對(duì)于判定部分（能量低于1 TeV）電子宇宙射線是否來(lái)自于暗物質(zhì)起著關(guān)鍵性作用。

　　異常的尖銳能譜

　　更加驚喜的是，在1.4TeV處，“悟空”的數(shù)據(jù)里呈現(xiàn)出一個(gè)尖銳結(jié)構(gòu)，這是之前所有人都未曾預(yù)測(cè)到的。

　　在1.4TeV處呈現(xiàn)出一個(gè)尖銳結(jié)構(gòu)

　　中國(guó)科學(xué)院大學(xué)常務(wù)副校長(zhǎng)吳岳良院士解讀認(rèn)為，除非有新的機(jī)制，否則天體物理將不能給尖銳能譜提供合適的選項(xiàng)。也就是說(shuō)，尖銳能譜可能給暗物質(zhì)的存在提供了新的證據(jù)。

　　暗物質(zhì)衛(wèi)星科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)副總師、紫金山天文臺(tái)研究員范一中說(shuō)道，“悟空”仍需要更多的時(shí)間，來(lái)排除數(shù)據(jù)波動(dòng)的影響。這個(gè)異常如果最后得到確認(rèn)，留給理論物理學(xué)家的選擇并不多：這是一種能量非常高的粒子，速度只比光速慢十萬(wàn)億分之一，且距離地球很近。

　　常進(jìn)說(shuō)道，目前，“悟空”運(yùn)行狀態(tài)良好，可以打滿分，正在持續(xù)收集數(shù)據(jù)。他希望，在明年年底的時(shí)候，能夠?qū)Υ擞懈骼实呐袛唷?/p>