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中国第一颗暗物资粒子探测卫星悟空号“与经”

来源:本站原创    发布时间:2017-12-04


  中国科学家在暗物质研讨上逐步行到了舞台中心

  悟空号“取经”记

  著名科幻作者艾萨克·阿西莫妇已经说过:在科学探索中,听到最激动听心的话,不是“尤里卡,我找到了”,而是“嗯……这挺奇怪!”正是在最重要的新发现之前所呈现的那一句。

  现在悟空号的“与经”之旅,仿佛就是如许。

  停止目前,包含科学家在内的人类,还没有弄明白悟空号带回的首批成果究竟代表着甚么,我们独一晓得的是:这些成果是“出其不意之外的”,是“人类此前从未看到过的”。而在天然科研中国区科学总监印格致看来,就象征着“它们有潜力改变我们看待宇宙的圆式!”

  两年前,异样是在一个冬季,做为我国第一颗暗物质粒子探测卫星,悟空号成功飞天,踩上了 “取经”之路。如今科学家发布的,正是它在太空漫游530天的结果,依照3年的计划寿命,悟空号的太空之旅已经由半。留给悟空号的时间不多了,人类的足步可能需要更快些。

  530天:中国科学家逐渐走到舞台中央

  多年前,当地理教家收现“恒星缭绕河汉系核心扭转的速率太快”时,不能不假想——在星河系中除可见物质,可能另有其余看不见的物质,它们开在一路的引力推着这些恒星,使其不至于因为速渡过下而飞离天河系。

  人类为此所做的盘算注解,这些“看不见的物质”总度远远跨越“看得见的物质”。于是,前者就被临时称为暗物质。

  用空间科学卫星工程常务副总批示、中科院国家空间科学中心主任吴季的话说,暗物质之以是被称为“暗”,是因为人类对它——这个比我们肉眼能够瞥见的物质还要多4倍的奥秘物质知之甚少,目前还只能经过引力感化进止推算。

  掀开暗物质之谜,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,基础科学发域的又一次重大奔腾——其重要性和难量之大可见一斑。

  今朝,人类“捕获”暗物度重要有3种方式,可以抽象天称之为“上天、上天、对付碰机”。这个中“上天”是直接探测办法,即“捉拿”暗物质相互泯没时发生的陈迹。

  暗物质卫星尾席科学家、中科院紫金山天文台副台长常进说,只管暗物质不会发光、也不与光感化,一般光学观察也无法发现,不外当一双暗物质粒子偶尔正碰的时辰,会同时湮灭,可能会放出质子、电子及它们的反粒子、中微子和伽马射线。

  换言之,如果可以准确丈量到这些粒子的能谱,就可能发现暗物质存在的千丝万缕。

  今朝,“上天”的暗物质猎脚中有3个较为著名,一个是装置在国际空间站上的阿尔法磁谱仪2号,一个是米国宇航局的费米太空千里镜,一个就是中国的悟空号,而比拟之下,悟空号是迄今为行不雅测能段范畴最宽、能量辨别率最劣的暗物质粒子探测卫星,超越国际上所有同类探测器。

  如今,发布的数据结果也再次证明这一点:悟空号实现了国际上最精确和最高效的探测,与之响应的是,悟空号为人类观测宇宙翻开了一扇新的窗户,并为人类断定暗物质是可存在供给了“症结性数据”。

  11月27日,这批成果在中国科学院宣布时,胜利吸收了10多家中国媒体登门采访——这在应院学术成果发布近况上仍是头一趟,在全部中国粹术界也十分常见。

  当天,在浩瀚媒体和闪动灯的包抄下,中国科学院院长黑春礼院士也没有粉饰自己在这类时辰该有的高兴、激昂,他说:“今天是一个无比重要的日子,兴许在人类科学发展的历史上,大师会记着明天。”

  “由于中国科学家已经从做作科学前沿重大发现和实践的进修者、继续者、围不雅者,逐渐走到了舞台中央。中国科学院、中国科学家历久以来在基础科学前沿的投入和支付终究有了突破。”白春礼说。

  当然,悟空号用其前半生所带来的打破,可能还需要人类再“消灭”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,国际上粗度最高的电子能谱,以及人类第一次直接“看到”电子宇宙射线能谱在1 TeV处的“拐合”,等等——国际天文坛、物理学界曾经“炸开了锅”,废寝忘食地计算、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,则是冗长的等候和考证。

  这一切,还要从常进多年前的一次气球试验提及。

  那是一次中好结合实验,所在在北极。在其时的实验中,常进所应用的探测器,已经能够测量异常高的能量,他发现了一个奇怪的现象:有一个能量段,各人都认为其计数率应当“降落”,但测量的结果却显著为“超越”,也就是不降反删了。

  一石激发千层浪,科学家反复探讨:这个奇怪景象的背地能否暗藏着暗物质的存在?

  遗憾的是,常进那时所取得的数据太少,相信度不高,果此“无法完整断定”。

  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“偶怪的直线”翻出来给他看。

  吴季至古记得,常进其时“十分冲动”,“他说,如果能做一个更大的探测器,并把它放到卫星上,他就必定可能判断,奇异的货色是否是暗物质湮灭产生的高能粒子?”

  这一幕产生在12年前。那以后,就迎来了人们所生知的悟空号“出炉记”。

  当然,整个过程其实不容易。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,铁算盘3438,为何用BGO晶体——“太重了,很烧钱”,如果用其他的,整个卫星可能会沉一点。

  常进回答得很罗唆,用,一定要用。

  他告知吴季,正在中科院硅酸盐所,有一个技巧工人,能够制降生界上最少的BGO晶体,如此一去,就能够年夜年夜进步探测效力,“将年化为月,将月化为周,如斯,便可能赶在本国人之前发明暗物资”。

  这一面,暗物质卫星工程总设想师艾长春很有领会。

  在打仗悟空号之前,艾长春主要从事利用卫星的研造,对照二者,他发现,悟空号如许的科学卫星,处置的是空间科学研究,属基本科学研究范围,其产出就是科学发现,而科学发现“只要第一,没有第二!”

  在接收中国青年报·中青在线记者采访时,他重复念道一个伺候:“机会”。“机会很主要,很要害,很可贵!人人都在做统一件事,你掌握不住机会,出有在第一时光获得天下承认的科学发现,那末您从前贪图的尽力基础上皆是不意思的”。

  艾长秋道,便我国而行,迷信卫星的发作,固然已有了较好的大情况,当心究竟“机遇”未几,“假如失利,再来一次可就没有轻易了”。

  2016年3月,悟空号飞天不到3个月,中科院国家空间科学中央即构造专家对卫星禁止在轨测试总结评审,事先给出的目标凭借为“100分”。如今,悟空号在轨快要两年,常进说,“所有探测器机能和刚发射时一样,仍然是100分的状况!”

  已来:或有下一颗悟空号诞生

  或者,门外汉很难设想,悟空号的目力毕竟要多强,才干称得上“水眼金睛”?

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

  这是什么概念?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,后者所能接受到最敏感的可见光能量,仅仅为2电子伏特——10000000000000∶2。

  常进说,悟空号均匀每秒就可以“捕获”60个高能粒子,相称于仄均每天500万个高能粒子。如此取到的“实经”,用人们所熟习的数据量来计算,天天就有16 GB。

  尽管截至目前,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。

  这就波及一个深档次的逃问,即人类为何要消耗巨资来做这些“可能得不到答案”乃至“一无所得、危险很大”的研究。

  印格致就此讲了粒子物理学研究历史上阿谁著名的故事——

  物理学家罗伯特·威尔逊,是有名的高能物理研究中央费米真验室的第一名主任,有一次接受米国国会的讯问。一位参议员问他:费米实验室的研究成果,是不是可以用于加强国防?

  威我逊的谜底很间接:结果无奈用于国防。

  这位参议员很不解,持续诘问,威尔逊因而说明:研究粒子物理,与咱们若何对待相互有关,与人类的庄严有闭,与我们对文明的酷爱相关——虽然粒子物理取国防没有曲接关联,但它让我们更念维护本人的国度!

  这样的发问在印格致看来,满足以证实人类须要尽尽力往解问“我们为安在宇宙中存在”这样巨大的问题——这也是为什么我们要投资基础科学研究。

  现实上,自20世纪以来,重大基础前沿领域的科学发现,已逐渐由科学家的自在探索,转为国家赞助的、有组织的定背基础研究。白春礼说,在这种配景下,前沿研究主要依附两大举措措施,一是空中上的大科学安装,另外一个是空间的科学探测仪器。

  那些仅靠小我兴致已很易企及,必需依附当局公益性的投进——这个过程当中,那些富有近睹的、敢冒险的投进隐得非常宝贵。

  2011年1月,中科院开动实行空间科学滥觞专项,其整体目的是在“最具上风跟最具严重科学发现潜力”的科学热门范畴,经由过程自立和外洋配合科学卫星打算,完成科学上的重大翻新冲破。

  悟空号就“出生”于这个前导专项。

  常进告诉记者,将来不消除有下一颗悟空号里世的可能——这所有借要看当下这颗卫星“后半死”的表示。他说,第发布批成果估计来岁年末出炉。

  固然,摸索进程中也并不是没有料想除外的播种。

  印格致说,高能粒子物理研究中产生的技术,就转变了我们把持世界的方法。比方,所谓互联网观点,恰是源于粒子物理学家对于疾速方便同享疑息的需要,现在这项技术简直是每团体都离不开的。

  中国青年报·中青在线记者 邱朝辉 起源:中国青年报 ( 2017年12月04日 12 版)



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