繼引力波探測(cè)成果獲得諾貝爾獎(jiǎng)之后，物理學(xué)界又傳來(lái)了令人驚喜的好消息，這一次是中國(guó)科學(xué)家領(lǐng)銜的科學(xué)院團(tuán)隊(duì)做出來(lái)的。

 

　　昨天，著名科學(xué)期刊《自然》（Nature）刊登了中國(guó)“悟空”暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星（DAMPE）歷時(shí)近兩年獲得的首批成果——在宇宙射線電子能譜TeV處首次直接探測(cè)到轉(zhuǎn)折，其來(lái)源可能是暗物質(zhì)。

 

　　如果引力波的證實(shí)是愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論這個(gè)經(jīng)典理論大廈的最后一塊磚的話，那么“悟空”這次成果預(yù)示著新物理學(xué)的大門(mén)即將開(kāi)啟。

 

　　若無(wú)暗物質(zhì)，宇宙不是如今這樣

 

　　暗物質(zhì)是當(dāng)今天體物理學(xué)和宇宙學(xué)面臨的重大未解問(wèn)題之一。通過(guò)對(duì)銀河系、星系團(tuán)、引力透鏡等天體的觀測(cè)，天文學(xué)家已經(jīng)知道了暗物質(zhì)的存在，占宇宙總質(zhì)量—能量的23%。

 

　　而可見(jiàn)的普通物質(zhì)才僅僅占了4%，但它們又是看不見(jiàn)摸不著的，因?yàn)閺睦碚撋蟻?lái)說(shuō)，他們跟我們這些普通物質(zhì)不會(huì)發(fā)生碰撞，不會(huì)發(fā)光。

 

　　即使這些暗物質(zhì)在我們身邊，我們也抓不到他——而且他們密度太小了，即使在整個(gè)地球體積上，暗物質(zhì)總共才只有幾公斤。

 

　　但是在大尺度的范圍上，暗物質(zhì)又很重要，星系結(jié)構(gòu)的形成必須由暗物質(zhì)參與。也即，如果沒(méi)有暗物質(zhì)的話，我們這個(gè)宇宙根本就不是現(xiàn)在這個(gè)樣子，甚至可能根本都不會(huì)有我們的存在。

 

　　因?yàn)榘滴镔|(zhì)如此重要，又難以追捕，所以從上世紀(jì)以來(lái)，有不少科學(xué)團(tuán)隊(duì)加入到對(duì)暗物質(zhì)的搜尋之中，但獲得的基本都是零結(jié)果——這證實(shí)了在某些能區(qū)里，并不存在暗物質(zhì)跡象。

 

　　但這些過(guò)程也很重要，因?yàn)檫@給后來(lái)者掃清了障礙，指明了方向。這些探測(cè)器工作的基礎(chǔ)是，在少量暗物質(zhì)的激烈碰撞過(guò)程，會(huì)發(fā)出極高能量的電子。通過(guò)探測(cè)宇宙射線中出現(xiàn)的異常信號(hào)，反向探索暗物質(zhì)的性質(zhì)。

 

　　2015年12月17日“悟空”發(fā)射升空，它最重要的使命，用暗物質(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)的話講就是，“我們想通過(guò)‘悟空’的火眼金睛，找到暗物質(zhì)這個(gè)‘妖魔鬼怪’”。

 

　　“悟空”具有其他探測(cè)器（比如美國(guó)費(fèi)米衛(wèi)星、丁肇中先生領(lǐng)導(dǎo)的阿爾法磁譜儀）更寬的能譜。它的工作區(qū)域有一部分（在1.4TeV以上）在此前被認(rèn)為應(yīng)該不存在任何信號(hào)。因此悟空號(hào)在接近1TeV處的“拐折”處探測(cè)到了顯著信號(hào)，無(wú)論是否來(lái)自于暗物質(zhì)，都是非常重要的。

 

　　就像之前一些探測(cè)器的零結(jié)果會(huì)排除相當(dāng)一批暗物質(zhì)理論模型一樣，這次探測(cè)結(jié)果對(duì)于高能天體物理、暗物質(zhì)理論模型也進(jìn)一步提出了挑戰(zhàn)，會(huì)進(jìn)一步檢驗(yàn)究竟哪些理論能繼續(xù)存在，或者需要進(jìn)一步更新。

 

　　是否發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)還需更多數(shù)據(jù)支撐

 

　　常進(jìn)研究員認(rèn)為，這次的探測(cè)結(jié)果有99.99%的可能性是來(lái)自于暗物質(zhì)，但也有可能是來(lái)自于超新星或者脈沖星對(duì)電子和負(fù)電子的加速過(guò)程。

 

　　因此，還需要進(jìn)一步積累數(shù)據(jù)，看清這個(gè)區(qū)域更細(xì)節(jié)的表現(xiàn)，確定其形成機(jī)制。

 

　　正如引力波的探測(cè)告訴我們，在宇宙深處存在以前，我們沒(méi)有認(rèn)識(shí)到的巨大的黑洞會(huì)發(fā)生合并，夜空雖然看上去祥和，但在宇宙里實(shí)際上存在許多暴烈的物理過(guò)程，其中一些高能粒子會(huì)到達(dá)地球，這就是宇宙射線。

 

　　有許多看不見(jiàn)的粒子正無(wú)時(shí)不刻地在穿過(guò)我們的身體。“悟空”號(hào)的探測(cè)結(jié)果將進(jìn)一步拓寬我們對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)。

 

　　這次在《自然》發(fā)表的文章是以DAMPE（悟空）合作組的名義發(fā)表。這個(gè)合作組是以中國(guó)為主，包括來(lái)自瑞士和意大利多所大學(xué)的近百位科學(xué)家組成的。

 

　　從探測(cè)器的研發(fā)，到國(guó)際合作搜尋暗物質(zhì)，這也標(biāo)志著中國(guó)的基礎(chǔ)科學(xué)已經(jīng)從“跟蹤前沿”到了“領(lǐng)先發(fā)展”的階段。

 

　　有意思的是，這次成果的新聞發(fā)布會(huì)是11月27日在北京秘密召開(kāi)的，只向部分新聞媒體公布信源，并約定在29日《自然》文章上線后方可公布消息。

 

　　這也是《自然》等國(guó)際科學(xué)媒體宣布重大消息時(shí)的一貫做法，既做到保密性，又給相關(guān)媒體留出足夠的時(shí)間進(jìn)行新聞采寫(xiě)。

 

　　暗物質(zhì)和新物理學(xué)，已經(jīng)來(lái)到了我們的門(mén)檻上。

 

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