• 中国第一颗暗物质粒子探测卫星悟空号“取经”记

  • 公布工夫:2018-07-12 08:23 | 作者: | 泉源:恒彩网 | 阅读次数:
  •   中国迷信家在暗物质研讨上逐步走到了舞台地方

      悟空号“取经”记

      闻名科幻作家艾萨克·阿西莫夫已经说过:在迷信探究中,听到最冲动民气的话,不是“尤里卡,我找到了”,而是“嗯……这挺奇异!”正是在最紧张的新发明之前所呈现的那一句。

      眼下悟空号的“取经”之旅,好像便是如许。

      停止现在,包罗迷信家在内的人类,尚未搞清晰悟空号带回的首批效果终究代表着什么,我们独一晓得的是:这些后果是“出人意料之外的”,是“人类此前从未看到过的”。而在天然科研中国区迷信总监印格致看来,就意味着“它们有潜力改动我们对待宇宙的方法!”

      两年前,异样是在一个冬天,作为我国第一颗暗物质粒子探测卫星,悟空号乐成飞天,踏上了 “取经”之路。现在迷信家公布的,正是它在太空漫游530天的后果,依照3年的设计寿命,悟空号的太空之旅曾经过半。留给悟空号的工夫未几了,人类的脚步能够需求更快些。

      530天:中国迷信家逐步走到舞台地方

      多年前,当地理学家发明“恒星围绕银河系中央旋转的速率太快”时,不得不想象——在银河系中除了可见物质,能够另有其他看不见的物质,它们合在一同的引力拉着这些恒星,使其不至于由于速率过高而飞离银河系。

      人类为此所做的盘算标明,这些“看不见的物质”总量远远超越“看得见的物质”。于是,前者就被临时称为暗物质。

      用空间迷信卫星工程常务副总指挥、中科院国度空间迷信中央主任吴季的话说,暗物质之以是被称为“暗”,是由于人类对它——这个比我们肉眼可以瞥见的物质还要多4倍的奥秘物质知之甚少,现在还只能经过引力作用停止推算。

      揭开暗物质之谜,因而被以为是继日心说、万有引力定律、绝对论及量子力学之后,根底迷信范畴的又一次严重奔腾——其紧张性以及难度之大可见一斑。

      现在,人类“捕获”暗物质次要有3种办法,可以抽象地称之为“上天、上天、对撞机”。这此中“上天”是直接探测办法,即“捕获”暗物质相互泯没时发生的陈迹。

      暗物质卫星首席迷信家、中科院紫金山地理台副台长常进说,虽然暗物质不会发光、也不与光作用,平凡光学观察也无法发明,不外当一对暗物质粒子偶尔正碰的时分,会同时泯没,能够会放出质子、电子及它们的反粒子、中微子和伽马射线。

      换言之,假如可以准确丈量到这些粒子的能谱,就能够发明暗物质存在的蛛丝马迹。

      现在,“上天”的暗物质猎手中有3个较为着名,一个是装置在国际空间站上的阿尔法磁谱仪2号,一个是美国宇航局的费米太空望远镜,一个便是中国的悟空号,而相比之下,悟空号是迄今为止观察能段范畴最宽、能量辨别率最优的暗物质粒子探测卫星,超越国际上一切同类探测器。

      现在,公布的数据后果也再次证明这一点:悟空号完成了国际上最准确和最高效的探测,与之相应的是,悟空号为人类观察宇宙翻开了一扇新的窗户,并为人类判别暗物质能否存在提供了“要害性数据”。

      11月27日,这批效果在中国迷信院公布时,乐成吸引了10多家本国媒体登门采访——这在该院学术效果公布汗青上照旧头一回,在整其中国粹术界也非常稀有。

      当天,在浩繁媒体和闪光灯的解围下,中国迷信院院长白春礼院士也没有粉饰本人在这种时辰该有的高兴、冲动,他说:“明天是一个十分紧张的日子,大概在人类迷信开展的汗青上,各人会记着明天。”

      “由于中国迷信家曾经从天然迷信前沿严重发明和实际的学习者、承继者、围观者,逐步走到了舞台地方。中国迷信院、中国迷信家临时以来在根底迷信前沿的投入和支付终于有了打破。”白春礼说。

      固然,悟空号用其前半生所带来的打破,能够还需求人类再“消化”一阵子——28亿高能宇宙射线,150万25GeV能量以上的电子宇宙射线,国际上精度最高的电子能谱,以及人类第一次间接“看到”电子宇宙射线能谱在1 TeV处的“拐折”,等等——国际地理学界、物理学界曾经“炸开了锅”,夜以继日地盘算、剖析。

      12年:“更大的探测器”从无到有

      从某种意义上说,这530天就像一场触目惊心的“猎捕”举动,而在悟空号登入太空猎场之前,则是漫长的等候和验证。

      这统统,还要从常进多年前的一次气球实行提及。

      那是一次中美结合实行,所在在南极。在事先的实行中,常进所运用的探测器,曾经可以丈量十分高的能量,他发明了一个奇异的景象:有一个能量段,各人都以为其计数率应该“降落”,但丈量的后果却表现为“凌驾”,也便是不降反增了。

      一石激起千层浪,迷信家重复讨论:这个奇特景象的面前能否隐蔽着暗物质的存在?

      遗憾的是,常进事先所取得的数据太少,相信度不高,因而“无法完全确定”。

      到了2005年,吴季离开常进的办公室,那是两人第一次相见。常进把这个故事讲给吴季听,并把那条“奇异的曲线”翻出来给他看。

      吴季至今记得,常进事先“十分冲动”,“他说,假如能做一个更大的探测器,并把它放到卫星上,他就肯定可以判定,奇异的工具是不是暗物质泯没发生的高能粒子?”

      这一幕发作在12年前。那之后,就迎来了人们所熟知的悟空号“出炉记”。

      固然,整个进程并不容易。悟空号身上最中心和最重的局部是一个名为“BGO”的晶体量能器。在论证阶段,吴季曾问过常进,为什么用BGO晶体——“太重了,很烧钱”,假如用其他的,整个卫星能够会轻一点。

      常进答复得很爽性,用,肯定要用。

      他通知吴季,在中科院硅酸盐所,有一个技能工人,可以造出生界上最长的BGO晶体,云云一来,就可以大大进步探测服从,“将年化为月,将月化为周,云云,就能够赶在本国人之前发明暗物质”。

      这一点,暗物质卫星工程总设计师艾长春颇有领会。

      在打仗悟空号之前,艾长春次要从事使用卫星的研制,比照两者,他发明,悟空号如许的迷信卫星,从事的是空间迷信研讨,属根底迷信研讨范围,其产出便是迷信发明,而迷信发明“只要第一,没有第二!”

      在承受中国青年报·中青在线记者采访时,他重复念叨一个词:“时机”。“时机很紧张,很要害,很难过!各人都在做统一件事,你掌握不住时机,没有在第临时间失掉天下承认的迷信发明,那么你过来一切的高兴根本上都是没故意义的”。

      艾长春说,就我国而言,迷信卫星的开展,固然已有了较好的大情况,但终究“时机”未几,“假如失败,再来一次可就不容易了”。

      2016年3月,悟空号飞天不到3个月,中科院国度空间迷信中央即构造专家对卫星停止在轨测试总结评审,事先给出的目标评定为“100分”。现在,悟空号在轨快要两年,常进说,“一切探测器功能和刚发射时一样,仍然是100分的形态!”

      将来:或有下一颗悟空号降生

      大概,门外汉很难想象,悟空号的目力终究要多强,才干称得上“火眼金睛”?

      常进说,悟空号可以对5 GeV到10 TeV之间的电子、伽马射线完成“经济实用型”观察。

      这是什么观点?1 GeV是10亿电子伏特,1 TeV是1000GeV,即1万亿电子伏特。拿人眼来做类比,后者所能接纳到最敏感的可见光能量,仅仅为2电子伏特——10000000000000∶2。

      常进说,悟空号均匀每秒就能“捕获”60个高能粒子,相称于均匀每天500万个高能粒子。云云取到的“真经”,用人们所熟习的数据量来盘算,每天就有16 GB。

      虽然停止现在,这些数据还没能答复人们最关怀的谁人题目:究竟暗物质存不存在。

      这就触及一个深条理的诘问,即人类为何要消耗巨资来做这些“能够得不到答案”乃至“一无所得、危害很大”的研讨。

      印格致就此讲了粒子物理学研讨汗青上谁人闻名的故事——

      物理学家罗伯特·威尔逊,是闻名的高能物理研讨中央费米实行室的第一位主任,有一次承受美国国会的讯问。一位商讨员问他:费米实行室的研讨效果,能否可以用于加强国防?

      威尔逊的答案很间接:效果无法用于国防。

      这位商讨员很不解,持续诘问,威尔逊于是表明:研讨粒子物理,与我们怎样对待相互有关,与人类的尊严有关,与我们关于文明的酷爱有关——固然粒子物理与国防没有间接干系,但它让我们更想维护本人的国度!

      如许的问答在印格致看来,已足以证明人类需求尽尽力去解答“我们为安在宇宙中存在”如许庞大的题目——这也是为何我们要投资根底迷信研讨。

      现实上,自20世纪以来,严重根底前沿范畴的迷信发明,曾经逐步由迷信家的自在探究,转为国度赞助的、有构造的定向根底研讨。白春礼说,在这种配景下,前沿研讨次要依托两大设备,一是空中上的大迷信安装,另一个是空间的迷信探测仪器。

      这些仅靠团体兴味已很难企及,必需依赖当局公益性的投入——这个进程中,那些富有远见的、敢冒险的投入显得非常难得。

      2011年1月,中科院启动施行空间迷信先导专项,其总体目的是在“最具劣势和最具严重迷信发明潜力”的迷信热门范畴,经过自主和国际合作迷信卫星方案,完成迷信上的严重创新打破。

      悟空号就“降生”于这个先导专项。

      常进通知记者,将来不扫除有下一颗悟空号面世的能够——这统统还要看当下这颗卫星“后半生”的体现。他说,第二批效果估计来岁年末出炉。

      固然,探究进程中也并非没故意想之外的播种。

      印格致说,高能粒子物理研讨中发生的技能,就改动了我们利用天下的方法。比方,所谓互联网观点,正是源于粒子物理学家关于疾速便当共享信息的需求,现在这项技能简直是每团体都离不开的。

      中国青年报·中青在线记者 邱晨辉 泉源:中国青年报 ( 2017年12月04日 12 版)

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