圖為“悟空”衛(wèi)星工作530天得到的高精度宇宙射線電子能譜（紅色數(shù)據(jù)點），以及和美國費米衛(wèi)星測量結(jié)果（藍(lán)點）、丁肇中先生領(lǐng)導(dǎo)的阿爾法磁譜儀的測量結(jié)果（綠點）的比較。中科院供圖

新華網(wǎng)北京11月30日電（王瑩） “悟空”衛(wèi)星在軌運行的前530天共采集了約28億高能宇宙射線，其中包含約150萬25GeV以上的電子宇宙射線。基于這些數(shù)據(jù)科研人員成功獲取了目前國際上最精確的電子宇宙射線探測結(jié)果。

在中國科學(xué)院27日召開的新聞發(fā)布會上，我國暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空號”首席科學(xué)家常進對外宣布了這一重大消息。對于公眾普遍關(guān)心的暗物質(zhì)探測話題，這一發(fā)現(xiàn)意味著什么？

根據(jù)人們已知的物理規(guī)律，來自宇宙空間的粒子能譜（能譜指的是粒子數(shù)目隨能量的變化情況）有其特定的分布，一般是隨著能量升高其數(shù)目逐漸下降。如果能譜出現(xiàn)異常，便意味著可能有新的物理原因。根據(jù)目前理論物理學(xué)家的推測，如果暗物質(zhì)粒子相互碰撞并湮滅，將產(chǎn)生高能電子。那么到空間去精確地探測高能電子能譜，就可以發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)存在的蛛絲馬跡?！拔蚩铡钡暮诵氖姑褪窃谟钪婢€和伽馬射線輻射中尋找暗物質(zhì)粒子存在的證據(jù)，并進行天體物理研究。

據(jù)常進介紹，與目前國際上其他暗物質(zhì)空間探測設(shè)備如AMS-02、 Fermi-LAT相比，“悟空”衛(wèi)星的電子宇宙射線的能量測量范圍有顯著提高，拓展了我們觀察宇宙的窗口。

記者了解到，“悟空”衛(wèi)星采用了中國科學(xué)院紫金山天文臺研究人員自主提出的分辨粒子種類的新探測技術(shù)方法，實現(xiàn)了對高能（5 GeV-10TeV）電子、伽馬射線的“經(jīng)濟適用型”觀測。“1GeV=10億電子伏特，1TeV=1萬億電子伏特。人類眼睛最敏感的可見光的能量約為2電子伏特?！蚩铡l(wèi)星在‘高能電子、伽馬射線的能量測量準(zhǔn)確度’以及‘區(qū)分不同種類粒子的本領(lǐng)’這兩項關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)方面世界領(lǐng)先，尤其適合尋找暗物質(zhì)粒子湮滅過程產(chǎn)生的一些非常尖銳的能譜信號?！背＿M告訴記者。

不僅探測的能量范圍有了顯著提高，“悟空”衛(wèi)星測量到的TeV電子的“純凈”程度最高，也就是其中混入的質(zhì)子數(shù)量最少，能譜的準(zhǔn)確性高。

在這樣的“高段位、高配置”之下，經(jīng)過530天的觀測積累，“悟空”首次直接測量到了電子宇宙射線能譜在~1 TeV處的拐折，該拐折反映了宇宙中高能電子輻射源的典型加速能力，其精確的下降行為對于判定部分（能量低于1 TeV）電子宇宙射線是否來自于暗物質(zhì)起著關(guān)鍵性作用。此外，“悟空”衛(wèi)星的數(shù)據(jù)初步顯示在~1.4 TeV處存在能譜精細(xì)結(jié)構(gòu)。

這是否意味著已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了暗物質(zhì)？對此，常進指出：目前的這個探測結(jié)果還不能確認(rèn)我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)。目前“悟空”衛(wèi)星運行狀態(tài)良好，正持續(xù)收集數(shù)據(jù)，一旦在~1.4 TeV處存在的能譜精細(xì)結(jié)構(gòu)得以確證，將是粒子物理或天體物理領(lǐng)域的開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)。

據(jù)悉，這一重大成果已于2017年11月30日(北京時間)在Nature雜志在線發(fā)表。常進告訴記者，再經(jīng)過一年多時間的持續(xù)觀測和數(shù)據(jù)積累，有望于明年年底發(fā)布“悟空”的第二批科研成果。

圖為我國暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空號” 中科院供圖

暗物質(zhì)，我們?nèi)绾尾拍苷业侥悖?/strong>

新華網(wǎng) 王瑩

當(dāng)我們仰望星空時，除了太陽、月亮、星星外，感覺宇宙空蕩蕩的。然而這只是一種錯覺：

現(xiàn)代天文學(xué)通過引力透鏡、宇宙中大尺度結(jié)構(gòu)形成、宇宙膨脹行為的研究表明：宇宙的密度由約4.9%的普通物質(zhì)，26.8%暗物質(zhì)和68.3%的暗能量組成。這是什么概念？也就是說，我們能看到的普通物質(zhì)在整個宇宙中只占不到5%。剩下95.1%的宇宙組分，我們都看不到。由于看不到，科學(xué)家們姑且稱之為暗物質(zhì)和暗能量。

這里所說的“看不見”，不單單是說用我們的肉眼在可見光波段看不見，而是說不論探測什么波段的電磁波，比如無線電、紅外線、紫外線、X射線等，都看不到它。也就是說，暗物質(zhì)幾乎不發(fā)出任何波段的電磁輻射。

曾經(jīng)有這樣一段話來形容暗物質(zhì)：科學(xué)家們深信，有一種神秘的物質(zhì)，它們就像幽靈一樣彌漫在我們每個人周圍，它可以輕易穿過每個人的身體而又不被人察覺。

如此神秘而又重要的存在，讓暗物質(zhì)成為現(xiàn)代天文學(xué)和物理學(xué)的一大謎團。發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)，成為重大科學(xué)前沿。暗物質(zhì)帶來的問題也因此被認(rèn)為是“籠罩在當(dāng)前物理學(xué)天空中的烏云”。

圖為我國暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空號” 中科院供圖

那如何才能找到暗物質(zhì)？由于暗物質(zhì)既不發(fā)光，也不參與電磁作用，人們目前只能通過引力產(chǎn)生的效應(yīng)感受到它的存在，但一直還沒有確鑿的證據(jù)說“這就是暗物質(zhì)”。目前，世界上有很多科學(xué)團隊在試圖找到它。主要有三種方法：

第一種是利用粒子對撞設(shè)備，看能否在實驗中產(chǎn)生暗物質(zhì)，這方面的代表是歐洲的大型強子對撞機。

第二種是在很深的地下挖個大坑，在坑底放上精密儀器來探測暗物質(zhì)。到地下去的目的是為了屏蔽空氣中宇宙射線的影響。位于中國四川南部地底深處的錦屏地下實驗室就是全球最深的暗物質(zhì)探測實驗室，已于2010年投入使用。

第三種是在太空進行間接探測，比如多國合作的阿爾法磁譜儀項目，“阿爾法磁譜儀2”自2011年被送至國際空間站后已分析了410億個初級宇宙射線事件，結(jié)果顯示暗物質(zhì)可能存在。中國2015年12月17日發(fā)射的暗物質(zhì)探測衛(wèi)星“悟空”，也是在太空展開的探測行為。

為什么可以通過太空間接探測暗物質(zhì)呢？原理是這樣的：

根據(jù)人們已知的物理規(guī)律，來自宇宙空間的粒子能譜（能譜指的是粒子數(shù)目隨能量的變化情況）有其特定的分布，一般是隨著能量升高其數(shù)目逐漸下降。如果能譜出現(xiàn)異常，便意味著可能有新的物理原因。根據(jù)目前理論物理學(xué)家的推測，如果暗物質(zhì)粒子相互碰撞并湮滅，將可能產(chǎn)生高能電子。那么到空間去精確地探測高能電子能譜，就有可能發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)存在的蛛絲馬跡?！拔蚩铡钡暮诵氖姑褪窃谟钪骐娮雍唾ゑR射線輻射中尋找暗物質(zhì)粒子存在的證據(jù)，并進行天體物理研究。

在中國科學(xué)院11月27日召開的新聞發(fā)布會上，我國暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空號”首席科學(xué)家常進對外宣布：“悟空”衛(wèi)星在軌運行的前530天共采集了約28億高能宇宙射線，其中包含約150萬25GeV以上的電子宇宙射線。基于這些數(shù)據(jù)科研人員成功獲取了目前國際上最精確的電子宇宙射線探測結(jié)果。該成果于2017年11月30日(北京時間)在Nature雜志在線發(fā)表。

與之前結(jié)果相比：

(1) “悟空”衛(wèi)星的電子宇宙射線的能量測量范圍比起國外的空間探測設(shè)備（AMS-02, Fermi-LAT）有顯著提高，拓展了我們觀察宇宙的窗口。

(2) “悟空”衛(wèi)星測量到的TeV電子的“純凈”程度最高（也就是其中混入的質(zhì)子數(shù)量最少），能譜的準(zhǔn)確性高。

(3) “悟空”衛(wèi)星首次直接測量到了電子宇宙射線能譜在~1 TeV處的拐折，該拐折反映了宇宙中高能電子輻射源的典型加速能力，其精確的下降行為對于判定部分（能量低于1 TeV）電子宇宙射線是否來自于暗物質(zhì)起著關(guān)鍵性作用。

此外，“悟空”衛(wèi)星的數(shù)據(jù)初步顯示在~1.4 TeV處存在能譜精細(xì)結(jié)構(gòu)。目前“悟空”衛(wèi)星運行狀態(tài)良好，正持續(xù)收集數(shù)據(jù)，一旦該精細(xì)結(jié)構(gòu)得以確證，將是粒子物理或天體物理領(lǐng)域的開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)。

——關(guān)于“悟空”

“悟空”衛(wèi)星是中國科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略先導(dǎo)專項的首發(fā)星，它最早由紫金山天文臺的常進研究員于2005年提出，在原中國科學(xué)院基礎(chǔ)局、科技部的支持下研制了原理樣機。2011年12月21日該項目被正式列入中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項-空間科學(xué)專項，常進研究員擔(dān)任衛(wèi)星的首席科學(xué)家。該衛(wèi)星的探測器由紫金山天文臺、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、近代物理研究所、高能物理研究所與國家空間科學(xué)中心聯(lián)合研制。瑞士的日內(nèi)瓦大學(xué)、意大利國家核物理研究院也參與了硅子探測器的研發(fā)。衛(wèi)星平臺由中科院微小衛(wèi)星研究院研發(fā)，地面科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)由紫金山天文臺負(fù)責(zé)建設(shè)。

“悟空”衛(wèi)星于2015年12月17日發(fā)射成功，是中國的首顆天文衛(wèi)星。該衛(wèi)星的數(shù)據(jù)分析工作獲得國家重點研發(fā)計劃、科技部973青年科學(xué)家專題項目、國家自然科學(xué)基金委員會-中國科學(xué)院空間科學(xué)衛(wèi)星聯(lián)合基金、國家自然科學(xué)基金委杰出青年基金、國家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀青年基金、中國科學(xué)院“百人計劃”等項目的大力支持，由紫金山天文臺組織協(xié)調(diào)。

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[責(zé)任編輯：楊凡、賀曉菲]

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