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中国科学家宣布,已发现暗物质的 “蛛丝马迹”

全球所有科学团队均没有100%的暗物质发现结果。中国科学家下一步要从蛛丝马迹中排除其他的可能性,如果发现只有暗物质这一种可能,才能宣布找到了暗物质。

(“悟空号”)

“中国科学家获取了目前国际上精度最高的电子宇宙射线探测结果。” 北京时间 11月30日凌晨2点,国际权威学术期刊《自然》(Nature)在线发表了这一科学成果。

这一探测结果,基于“悟空号”暗物质探测卫星收集到的数据。暗物质卫星工程首席科学家、中科院紫金山天文台副台长常进称,“悟空”卫星首次直接测量到了电子宇宙射线能谱在~1TeV处的拐折。

“该拐折反映了宇宙中高能电子辐射源的典型加速能力,其精确的下降行为对于判定部分电子宇宙射线是否来自于暗物质起着关键性作用。”常进表示。此外,卫星的数据初步显示在~1.4TeV处存在能谱精细结构。

并未100%确定发现暗物质

暗物质一直为科学界魂牵梦萦。

首先注意到暗物质的是瑞士天文学家Fritz Zwick,上世纪30年代他在研究Coma星系团时,发现根据维里定理计算出的星系团的总质量,远大于根据发光度计算出来的星系团质量。他推测星系团中存在着大量不发光的物质,因而称之为暗物质。

此后,科学家用不同方法证明暗物质存在的研究。美国天文学家Vera Rubin等测量发现星系的旋转曲线,发现大半径处的旋转速度远大于发光物质给出的理论预期。如果引力理论正确的话,就需要引入看不见的物质,来提供更大的引力以束缚住速度如此大的物质。

现在科学界普遍认为,暗物质粒子具有电中性、大质量(比质子重许多)、长寿命(显著长于宇宙的寿命137亿年)、具有正常引力相互作用等性质。按照欧洲普朗克宇宙探测器团队推算,宇宙的年龄为137.98 ± 0.37 亿岁,由4.9%的普通物质,26.8%的暗物质和68.3%的暗能量组成。

用引力方法证实其存在后,科学家希望能从观测或实验中发现暗物质的身影,可目前仍难寻其踪迹。

2015年12月17日,中国成功发射了“悟空号”暗物质探测卫星,其核心使命是在宇宙线和伽马射线辐射中寻找暗物质粒子存在的证据,并进行天体物理研究。

通过寻找暗物质湮灭或衰变的产物,来间接寻找暗物质的“身影”,常进形容这一过程为“根据儿子的基因,反推爸爸”。“现在的工作,是从蛛丝马迹中把其他的可能排除掉,如果发现只有暗物质这一种可能,就可以宣布找到暗物质。” 常进说。

“悟空号”卫星每天绕地球15圈,每天获得500万个高能粒子;在轨运行的前530天,共采集了约28亿颗高能宇宙射线,其中包含约150万颗25GeV以上的电子宇宙射线。

通过对这些数据的分析,能否说明科学家发现了暗物质?常进表示,现在的数据量还不足以100%肯定发现了什么,“卫星还在继续收集数据,希望通过后面的数据分析,科学家能弄清楚”。

发现暗物质长路漫漫

全球有多支科学家团队正在寻找暗物质。

其中,清华大学的CDEX实验组,与上海交通大学PandaX实验组,通过寻找暗物质粒子和核子碰撞产生的信号,各自独立进行直接探测;美国航天局的费米大天区望远镜(Fermi-LAT)、国际空间站上阿尔法磁谱仪2(AMS-02)、电子对望远镜(CALET)和中国“悟空号”暗物质粒子探测卫星(DAMPE),通过研究探测银河系内的暗物质粒子湮灭或衰变产生的普通粒子,来间接探测暗物质。

此外,还有科学团队通过对撞机探测方法,寻找高能粒子对撞产生的无法被探测器探测的暗物质粒子引发的能量、动量“丢失”过程。

仅仅对撞机一项,就花费数百亿美元,可暗物质仍迟迟不“现身”。

2017年10月30日,意大利格兰萨索国家实验室的XENON1T研究人员发表研究报告显示,持续了30多年的暗物质追寻之旅仍然毫无进展。中国暗物质研究人员在同一天发表研究报告,同样是空手而归。

据《自然》杂志报道,欧洲核子研究中心(CERN)使用太空望远镜进行的尝试也未发现任何暗物质粒子的踪影,“物理学家在追寻暗物质的旅途中越来越沮丧。”

目前暗物质探索领域竞争激烈。中国科学家团队借助“悟空号”收集到的数据,经过分析后得到的成果,与其他团队相比,高低如何?

“目前为止,所有科学团队均没有100%的暗物质发现结果,都只是看到迹象,分不出谁高谁低,谁更接近最后的结果。”常进在成果发布会上,回答《财经》记者提问时说。

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