国内外关于暗物质的研究现状


 发布时间:2020-12-04 21:36:21

期待更大惊喜目前“悟空”已捕捉了47亿个高能宇宙线粒子,这些粒子中携带着深藏于天际的秘密。“悟空”首次从太空直接观测了最高能段的电子宇宙射线,成功获取了目前国际上精度最高的电子宇宙射线探测结果,其首批成果已于去年底发表在《自然》杂志上。暗物质卫星艺术构想图。紫金山天文台提供诺奖获

中新网12月7日电 据科技部网站消息,我国科学家在暗物质探测方面取得重要进展。消息称,PandaX-II探测器是我国自主研制的大型暗物质探测器之一,该探测器在近期的系列工作中总共获得的暗物质探测数据曝光量达到54吨·天,是目前世界上报道的最大的暗物质探测数据曝光量。上海交通大学季向东和刘江来教授领导的PandaX-II暗物质探测实验合作组基于此数据开展深入研究,将暗物质与核子的自旋无关相互作用截面上限降低至8.6×10-47cm2(对应暗物质质量为40GeV/c2),并在暗物质(弱相互作用大粒子)质量大于100GeV/c2的大质量区间给出了目前国际上最强的测量限制,与PandaX-II 2016年发表的最好结果相比,探测灵敏度提高了三倍。该成果以“编辑推荐”文章在物理学顶级期刊《物理评论快报》发表,费米实验室的理论天体物理部主任DanHooper教授为文章撰写了该期刊最高规格的评论——“观点”(Viewpoint)评论。本工作得到国家重点研发计划“大科学装置前沿研究”重点专项的资助。

然而,寻找“异常”与“可能”绝非易事。两年多来,“悟空”探测了35亿多个高能宇宙射线,从中仅搜寻出100多个异常电子,难度不亚于大海捞针。“就好比在有上千万人口的城市里找到特定的一个人,既要快,又要准。”常进说。目前国际上知名的相关研究项目有美国费米卫星,日本量能器型电子望远镜,以及著名物理学家丁肇中主持的阿尔法磁谱仪等。“天上的辐射背景太复杂,需要进行区分。”“悟空”科学应用系统副总师范一中说,与国际同类探测设备相比,“悟空”显著提高了电子能量观测的上限,得到的电子样本“纯净”程度也最高,尤其适合寻找暗物质粒子湮灭过程中产生的一些非常尖锐的信号。

这是近年来科学家离暗物质最近的一次发现。常进说,如果进一步研究确认与暗物质相关,人类就可以沿着“悟空”的脚步去找寻宇宙中5%以外的广袤未知,这将是一个超出想象的成就。“即便无法证明是暗物质的踪迹,‘悟空’也为全人类打开了观测宇宙的一扇新窗口。”常进说。宇宙捞“针”:“悟空”有哪些绝技《自然》期刊中国区科学总监印格致(Ed Gerstner)对常进的话深以为然。“科学就是在一个接一个的‘可能’中不断接近真理,”他说,“对科学家来说,发现异常未知的那一刻最兴奋。

诺贝尔奖获得者丁肇中研制并放置在国际空间站的阿尔法磁谱仪2号、上个月日本发射的量能器电子望远镜,以及我国即将发射的暗物质粒子探测卫星等,都是基于对宇宙线的探测而寻找暗物质的间接尝试。还有一种寻找暗物质的方法,是基于可见物质相互作用能产生暗物质的假设,用大型质子对撞机探测,两束高能粒子对撞产生暗物质粒子,也就是产生实验。例如在欧洲核子中心,就有此方面的研究,但目前尚未发现新的证据。卫星如何找通过探测宇宙中高能粒子的方向、能量以及电荷大小来间接寻找和研究暗物质粒子为了进一步寻找暗物质,2011年,中科院紫金山天文台自主提出暗物质粒子探测卫星计划。

2015年底,首颗探测卫星将被放入外太空寻找暗物质。这与以往的探测手段相比有什么优势?“在地球表面,宇宙线经过大气层时被屏蔽了,这阻碍了观测。所以我们需要‘上天’或者‘入地’,以减少屏蔽干扰。”暗物质卫星科学应用系统总设计师伍健介绍,和此前的探索手段相比,暗物质粒子探测卫星能探测的粒子的最大能量大约是阿尔法磁谱仪2号的10倍;同时,能量分辨率更高,比NASA费米卫星的准确率提升了10倍,并能观测阿尔法磁谱仪2号所无法观测的光子;此外,还提高了电子与质子相互区别的能力,将对两者的误判下降到几十万分之一。

此外,引力透镜的一些发现也支持着暗物质假说的成立。和光线通过玻璃透镜会偏转一样,宇宙线在通过大质量的物质周围时也会发生偏转。科学家们在研究子弹头星系团时发现,主要导致光线发生偏转的地方并没有看得见的物质存在,这说明,有一种我们所看不到的暗物质存在。此外,对暗物质的假设还立足于对宇宙微波背景以及Ia型超新星的观测等。用什么方式找目前主要通过散射实验、湮灭实验以及产生实验这三种方式寻找暗物质的过程对科学家们来说,就像是和幽灵捉迷藏。

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