"悟空"為什麼"能"? 首批科學成果三宗"最"
中國暗物質粒子探測衛星“悟空”于北京時間30日正式公佈首批重要科學成果。這只來自中國的“頑猴”出手不凡,僅兩年的觀測結果就發現了前所未有的現象,或有望揭開暗物質的神秘面紗。
“悟空”究竟“能”在哪?此次發現是否合乎當初的科研目標?有可能取得的成果將會是何種級別……暗物質衛星科研團隊為公眾分析首批科學成果的三宗“最”。
最“經濟適用”的衛星
花費小、本領大,看得清、測得準。談到2015年底發射的暗物質衛星“悟空”,專家一致給予“性價比”很高的評價。
天文學家發現,銀河系週邊恒星圍繞銀河系中心旋轉的速度“太快”,因此,在銀河系中除了可見物質之外,一定還有其他看不見的物質,他們合在一起的引力“拉著”這些天體,使其不至於由於速度過高而飛離銀河系。為此所做的計算表明,這些看不見的物質總量是普通物質的5倍以上,它們就是“暗物質”。
“悟空”在太空中的任務,就是通過間接方法,捕捉暗物質湮滅、衰變的蛛絲馬跡。在這一方面,造價數億至數十億美元的費米衛星、阿爾法磁譜儀目標類似,但“悟空”項目耗資不到1億美元,堪稱“經濟適用”的典範。
雖然花錢少,但本領一點不打折。衛星首席科學家常進介紹,“悟空”在同類設備中擁有工作能段最高、能量解析度最高、粒子鑒別本領最強3項“絕技”。
“‘悟空’具有百萬選一不出錯、同時看100萬倍能量範圍的能力。説‘火眼金睛’一點也不為過。”常進説。
最“意外”的發現
“悟空”降妖伏魔,源於兩次“意外”。
1997年,美國宇航局在南極開展南極長週期氣球項目ATIC,主要目標是觀測高能宇宙射線,電子、伽馬射線本不在觀測之列。
“這是個機會!”常進意識到,美國選擇的南極,是地球上觀測高能電子獨一無二的窗口。他一遍遍給南極項目負責人發郵件,闡述自己的觀測構想。
經過一年多驗算、證明,這一最初被認為“瘋狂”的計劃最終得到支持。此後7年,常進3次參與南極觀測,在3000多萬個宇宙線粒子裏成功找到210個超出正常能譜的高能電子。2008年,以常進為第一作者的論文在《自然》雜誌發表。在文中,常進論述了電子“超出”可能來自暗物質湮滅,“搭便車”的研究最終獲得了國際矚目的成就。
第二次“意外”出現在“悟空”上天后。衛星科學應用系統副總師範一中説,本來所有的注意力都放在以前實驗結果中的“超出”能段,誰也沒想到,在更高的1.4TeV能量處,會再發現異於正常能譜的“奇異”電子。
“這可能會是‘悟空號’最重要的發現。科學就是這樣,無心插柳、種瓜得豆,你永遠不知道下一秒會有什麼驚喜。”范一中説。
最令人期待的成果
“從未預想的成果”“激動人心的發現”……對於此次公佈的“悟空”成果,《自然》中國區總監印格致毫不吝惜地給予了極高評價。
雖然目前積累的粒子數量還不足以確證“發現”,“悟空”在1.4TeV處捕捉的“奇異”電子,依然引起了物理學者的強烈關注。
2013年,歐洲核子中心確認發現被譽為“上帝粒子”的希格斯玻色子。物理學標準模型61種基本粒子的最後一塊拼圖歸位。但這並不是宇宙的最終答案。功德圓滿的模型如果不能突破,也意味著對宇宙新知的探索即將步入一片沙漠。
范一中説,1.4TeV能量處的“奇異”電子信號如果得到確認,將超出常規天文模型的解釋範疇,要麼來自暗物質湮滅,要麼來自宇宙中某種奇特的“新型加速器”。
“現在看來,最有可能的解釋是來源於暗物質。”中科院院士吳岳良説。
“粒子物理領域已經進入下半場,希望‘悟空’能夠得分。按照目前的進度,我們的第二批科學成果預計將在明年底發表。”常進説。(新華社北京11月30日電 記者陳芳、王玨玢、蔣芳)