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“悟空”探测到30亿个高能粒子 暗物质到底在哪里?

2017年12月08日 07:48   来源:工人日报   舒年

  11月30日,《自然》杂志在线发表了我国暗物质粒子探测卫星“悟空”团队的首批科学成果,该团队宣布, “悟空”卫星在轨运行的前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。基于这些数据,科研人员成功获取了目前国际上精度最高的电子宇宙射线能谱,该能谱将有助于发现暗物质存在的蛛丝马迹。

  这条新闻让很多人一头雾水:暗物质究竟是什么,为什么用电子宇宙射线就能发现暗物质?

  我们平时认知的物质,基本上都受到电磁力的影响,它们要么发光,要么吸收光,要么反射光,也就是说,人类可以通过肉眼或者现有的设备看到它们。在很长一段时期,人类所认知的世界,就是能看到的世界。

  但是,随着对宇宙了解的深入,人类发现,理论上说,应该有一种看不见的物质,弥漫于浩瀚宇宙之中。星球之间存在万有引力,引力大小和质量相关,正因为引力存在,恒星会围绕着星系公转,太阳系也会围绕着银河系公转。但是,如果仅仅计算星系质量,会发现星球之间的引力,无法抵消高速旋转时的离心力,无法把星球约束在相应轨道上。也就是说,一定还有看不见的物质存在。

  爱因斯坦的广义相对论认为,物体可以使周围的空间、时间弯曲,当光线经过一些大质量天体时,路线会变成弯曲的。当人们发现,两个没有任何阻隔的星球之间,光线一样发生偏折时,就说明,在虚空之中依然有不可见的物质存在。

  不过,要找到理论上存在、肉眼不可见的暗物质并不容易。世界上公认的方法有三种,分别是空间间接探测法、大型强子对撞机模拟宇宙大爆炸以及探测暗物质粒子与普通粒子碰撞。我国的“悟空”卫星,采取的就是第一种方法。

  暗物质偶尔会发生碰撞导致湮灭,湮灭后,会产生特定速度的普通物质及其反物质,比如正副电子对,而正电子人类是可以观测到的。换言之,当人类发现某一速度的电子对增加了,且这样的增加无法用现有理论来解释,那么,这些增量很可能就来自于暗物质。科学家们苦苦寻找的,就是这些增量。

  发现增量,就需要更好地观测卫星。“悟空”的性能处于国际领先地位,它看得更宽,对电子宇宙射线的能量测量范围更大,看得也更细,宇宙射线的种类繁多,“悟空”能先分辨出射线是否带电,之后再将质量最小的电子留下来就可以了。

  在19个月的时间里,“悟空”累计探测到了30亿个高能粒子,利用这些数据,我国科学家在绘制出的电子宇宙射线能谱中,在某一处发现了电子射线异常增多的情况,这就说明,存在着一种尚未发现的新粒子,而这个新粒子,很可能就是暗物质。

  前苏联数学家弗里德曼,曾根据爱因斯坦的引力场方程对宇宙进行了假设,被称为弗里德曼模型,其中的一切假设,已经被哈勃望远镜所证实。但是,就算加上暗物质可能的质量,也无法解释这一模型。

  科学家们也在思考,在暗物质之外,是不是还有其它未被探测到的实体,即所谓暗能量?而这些,尚处于理论研究阶段。

(责任编辑:王惠绵)

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