世界最深地下实验室扩建 垂直岩石覆盖达2400米


 发布时间:2020-11-28 19:21:43

中新网客户端北京11月30日电题:中国首颗暗物质探测卫星“悟空”上演哪些“大片”?中新网记者张素从2015年12月17日成功发射,到2017年11月30日公布首批成果,中国首颗暗物质探测卫星“悟空”翱翔宇宙取“真经”。不知不觉间,“悟空”演绎了三部“大片”。《捉妖记》:“火眼金睛

18日,由诺贝尔奖得主、美籍华人物理学家丁肇中主持的阿尔法磁谱仪(AMS)项目在《物理评论快报》上发表了最新研究成果,使得人们对高能宇宙射线的本质有更深入的了解,并使暗物质存在的争议趋于明朗。据了解,安装于国际空间站上的AMS已捕获分析了410亿个宇宙射线粒子,其中1090万件经辨认为电子与正电子。AMS测量了能量在5亿至5千亿电子伏特之间的“正电子分率”(即正电子数占电子与正电子总数之比例),发现此分率在80亿电子伏特时开始快速增加,显示有新的正电子源存在。

这是“熊猫计划”继2016年7月发布580公斤级探测仪的首个探测结果后,第二次发布国际最灵敏暗物质探测结果。在过去的一年里,通过对该探测仪进一步降低噪音和长时间的运行,使对暗物质和普通物质相互作用的探测灵敏度提高了4倍多。暗物质是宇宙中不参与“电磁”和“强”相互作用的全新未知物质,是普通物质的五倍多。揭开暗物质微观粒子本质是21世纪物理与天文学最重要的科学目标之一。上海交大主导的“熊猫计划”在2014年完成120公斤级“熊猫一期”探测仪的基础上,自主研制了580公斤的“二期”探测仪。

包括诺贝尔物理学奖得主李政道在内的学者认为,当前物理学面临的状况与19世纪末、20世纪初诞生相对论和量子力学时类似,暗物质便是一个关键突破口。暗送秋波:三种探测方法互为补充科学家称,虽然从未直接‘看到’宇宙中存在这种物质,但却发现了由于这种物质的引力作用对于其他可见的物质运动的影响。暗物质粒子探测卫星项目组成员冯磊介绍,支持暗物质假说主要观测证据之一是旋转曲线,“漩涡星系的吸引力所需质量远远超出观测到的物质总量,由此推断另外一种物质存在”。

心怀梦想探究未知 挑战不可能悟空终于康复了,这让伴随着悟空成长的30名队友终于可以松了一口气。事实上,从出生到蹒跚学步,两年间,队员们的心弦每时每刻都被这个小家伙所牵动,接下来,我们通过记者镜头走近暗物质探测团队的日常工作。“悟空”号科学应用系统副总师 范一中:这个就是我们的一个工程样机,这个跟在上天工作的悟空号,它的性能方面是一模一样的,如果作个形象的比喻吧,这个就是刚从石头里蹦出来的那个石猴子,可能它已经拜师学艺了,学到了很多本领,但它还没有称王。

也就是说,我们能看到的普通物质在整个宇宙中只占不到5%,剩下95.1%的组成部分,我们都看不到。暗物质属性奇特,对人类而言,它们以一种看不见摸不着的状态存在。这里所说的“看不见”,不单单是指用人类的肉眼在可见光波段看不见,而是不论探测什么波段的电磁波,比如无线电、红外线、紫外线、X射线等,都看不到它。由于暗物质既不发光,也不参与电磁作用,人们目前只能通过引力产生的效应感受到它的存在,但一直还没有确凿的证据。

它在宇宙大爆炸约1秒钟后与其他等离子体物质退耦,形成看不见的宇宙背景。目前的物理实验和天文观测都无法精确测量中微子的质量。暗物质是宇宙的主要物质构成。该研究团队用3万亿粒子模拟宇宙中的中微子、暗物质的分布和演化,并发现中微子质量可以通过宇宙中含有不同中微子丰度的区域中星系的特性来测量。相对于“贫”中微子区域,在“富”中微子区域,更多的中微子被大质量暗物质结构俘获。这种凝聚效应导致暗物质结构的质量函数的改变,最终导致星系的特性发生变化,为宇宙学观测开辟了一条独立测量中微子质量的道路。大规模宇宙学数值模拟依赖具有强大计算和存储能力的超级计算机。该N体数值模拟于2015年初在“天河二号”上完成。其模拟粒子数超过美国Mira超级计算机进行的模拟,创造了新的世界纪录。该研究成果的第一作者于浩然博士介绍说,N体数值模拟中的粒子数犹如摄像机的像素。“粒子数越多,就好比摄像机的分辨率越高,越能清晰地‘还原’宇宙演化历史,降低中微子‘泊松噪声’的影响。”。

虽然目前积累的粒子数量还不足以确证“发现”,“悟空”在1.4TeV处捕捉的“奇异”电子,依然引起了物理学者的强烈关注。2013年,欧洲核子中心确认发现被誉为“上帝粒子”的希格斯玻色子。物理学标准模型61种基本粒子的最后一块拼图归位。但这并不是宇宙的最终答案。功德圆满的模型如果不能突破,也意味着对宇宙新知的探索即将步入一片沙漠。范一中说,1.4TeV能量处的“奇异”电子信号如果得到确认,将超出常规天文模型的解释范畴,要么来自暗物质湮灭,要么来自宇宙中某种奇特的“新型加速器”。“现在看来,最有可能的解释是来源于暗物质。”中科院院士吴岳良说。“粒子物理领域已经进入下半场,希望‘悟空’能够得分。按照目前的进度,我们的第二批科学成果预计将在明年底发表。”常进说。

每天清晨和傍晚,“悟空”路过中国,位于密云、喀什、三亚的三个数据接收点就启动程序,接收“悟空”每天回传的约13G数据。这些数据经过简单处理,全部传回南京的暗物质实验室进行系统分析,这其中,就包含有郭建华监控的卫星姿态信息和探测器状态信息。“探测器建造过程中,我们还进行过环境模拟实验。拿当时地面测到的电流、电压等与现在轨道中传回的数据比较,结果互相吻合,也能帮我们判断探测器工作状态正常。”郭建华说。除了每天为探测器“体检”,郭建华的工作还包括参与安排“悟空”在天上的工作计划。

“中国将建成北斗全球系统,如果建成,可以达到米级甚至厘米级的精度,车辆可以区分,无人驾驶汽车等应用就都可以实现了”,他说。“未来小卫星”值得期待这一系列小卫星对中国航天有何意义?在中科院微小卫星创新研究院微纳卫星研究所副所长、天宫二号伴随卫星主任设计师曹金看来,原来的卫星非常大,现在“身量”越来越小,从一两吨、到三五百公斤,甚至三五十公斤,其实是科技进步的一个趋势,“就像手机变小变智能,航天器产品的发展也是依此规律。”比如天宫二号伴随卫星,差不多就五十公斤重,是一颗非常小的卫星。曹金说,以后的目标是卫星小到能用手拿,“我们有一个想法,就是未来让每个人都能拥有一颗自己的小卫星。”(完)。

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