暗物质卫星巡天两年:获最精确高能电子宇宙射线能谱


 发布时间:2020-11-25 14:03:17

实验过程中,任何物质与氙原子碰撞都会转化为氙原子的反冲能,在探测器中发光、发电,而光和电信号“事件”被记录下来便可进行数据分析,来确认与氙原子相撞的到底是不是暗物质。PandaX500公斤级探测器灵敏到可以对一个光子或一个电子进行探测,由PandaX合作组自主研发,在上海交通大学

“对科学的追求,是人类社会不断进步的主要动力。”常进说,暗物质的作用我们现在无从得知,但寻找暗物质的工作每天都在影响我和我的团队成员。也许再过100年,我们的后代日常生活都离不开暗物质突破后产生的新的理论。不是暗物质也很重要?对于常进而言,他目前最关心的是,接下来“悟空”所捕捉到的这些“奇异”电子信号是否还会持续增加;一年后,能否达到科学发现所要求的精度。“无论是不是暗物质,都将是一个重要的新现象。”常进表示。

这就涉及一个深层次的追问,即人类为何要耗费巨资来做这些“可能得不到答案”甚至“一无所获、风险很大”的研究。印格致就此讲了粒子物理学研究历史上那个著名的故事——物理学家罗伯特·威尔逊,是著名的高能物理研究中心费米实验室的第一位主任,有一次接受美国国会的询问。一位参议员问他:费米实验室的研究成果,是否可以用于增强国防?威尔逊的答案很直接:成果无法用于国防。这位参议员很不解,继续追问,威尔逊于是解释:研究粒子物理,与我们如何看待彼此有关,与人类的尊严有关,与我们对于文化的热爱有关——虽然粒子物理与国防没有直接关系,但它让我们更想保护自己的国家!这样的问答在印格致看来,已足以证明人类需要尽全力去解答“我们为何在宇宙中存在”这样宏大的问题——这也是为何我们要投资基础科学研究。

他说,“悟空”的观测能段是国际空间站阿尔法磁谱仪的10倍,能量分辨率比国际同类探测器高3倍以上。阿尔法磁谱仪(又译反物质太空磁谱仪)是安装在国际空间站上的粒子物理实验设备,最初由美国麻省理工学院物理学家、诺贝尔物理学奖得主丁肇中提议建造。1.9吨重的“悟空”是中国大陆科学卫星系列的首发星,希望能探测到暗物质湮灭或衰变后留下的证据。暗物质被比作“笼罩在21世纪物理学天空中的乌云”,它可由万有引力定律推测存在,却从未被直接观测到。揭开暗物质之谜,将是继日心说、万有引力定律、相对论及量子力学之后的又一次重大科学突破,从而推动解释宇宙为什么会是这样以及将怎样演化。西方科学家先前已通过阿尔法磁谱仪等装置探索暗物质,取得了一些成果。不过,常进说:“暗物质的物理性质还没有弄清楚,没有人能百分之百保证卫星一定能找到暗物质。但只要它工作正常,就为我们打开了一扇新窗口。”。

《自然》物理科学主编卡尔·日耶梅利斯(Karl Ziemelis)在受访时表示,高能电子宇宙射线能谱可以为科学家们探寻高能粒子源头提供线索,“悟空”证实了暗物质粒子探测卫星在这方面的可观潜力。中国科学院国家空间科学中心主任吴季透露,卫星在轨接近两年,各个探测器性能仍保持发射时的状态。而从不间断获取数据来看,“卫星在天上没有浪费1分钟”。评价成果——发现暗物质的“蛛丝马迹”。像“悟空”这样通过寻找暗物质湮灭或衰变的产物,间接寻找暗物质的过程,常进形象地称为“根据儿子的基因反推父亲”。

这是中国科研人员自主提出的新探测技术,实现了对高能电子、伽马射线的“经济实用型”观测。除了暗物质探测的目标,“悟空”卫星的数据还可以广泛用于宇宙射线和高能天体物理的研究,为我们理解宇宙中极端条件天体和激烈活动现象等提供帮助。勇闯“无人区”:在不断探索中前行去年12月7日,根据前530天的观测数据,“悟空”的首批科学成果在《自然》杂志正式发表。“悟空”在轨运行期间,共采集了约28亿个高能粒子。基于这些数据,科研人员成功获取了目前国际上最精确的高能电子宇宙线能谱,引起了学术界的高度关注。

PandaX合作组正继续采集数据进行更高灵敏度的探测,将在今后一个时期内领先世界探测水平。PandaX暗物质实验是由上海交大牵头,中美两国多所大学和科研机构的数十位研究人员参与其中。实验室建在由清华大学和雅砻江流域水电开发有限公司开发的锦屏深地实验室之中。中科院院士、中国科学院高能物理研究所原所长、科技部十三五重大项目组组长陈和生表示,PandaX二期实验的最新结果表明,中国深地暗物质探测实验已经处于国际领先水平。(完)。

本报上海8月8日电(记者曹继军、颜维琦)北京时间8月8日凌晨,上海交通大学鸿文讲席教授、“熊猫计划”(PandaX)项目负责人季向东博士在美国俄亥俄州哥伦布市举办的2017年度国际高能粒子天体物理大会(TeVPA 2017)上宣布了“熊猫计划”项目合作组最新暗物质探测实验结果:该项目在高达54吨·天的国际最大曝光量下,得到了暗物质与核子的碰撞截面小于6×10-47cm2的限制,再次刷新了对暗物质粒子性质限制的世界纪录。

中新社上海8月24日电 (记者 许婧)以中国科学家为主导的大型暗物质探测实验组PandaX24日在上海交通大学发布首批数据,实验结果对以往国际上发现的疑似轻质量暗物质信号提出质疑。这标志着中国在暗物质探测这个前沿科学领域跨进世界先进行列。本世纪以来,国际上相继展开了20多个暗物质探测实验,利用暗物质和探测器的直接碰撞来寻找暗物质。特别是近几年来,意大利DAMA/LIBRA实验,美国CoGeNT和CDMS两个实验,以及德国CRESST实验先后宣称发现了疑似轻质量暗物质的信号,这些信号引起了科学界和公众的强烈兴趣。

——从找到暗物质探测的“钥匙”,到2015年底“悟空”发射成功,又是10年百折不挠的技术攻关。悟空团队骨干郭建华说还记得为卫星奔波的几年,常进带领大家不断攻关创新,找到了最经济适用的技术路线。对比来看,“悟空”的研制费用仅是美国FERMI望远镜和阿尔法磁谱仪的1/7和1/20。悟空团队骨干胡一鸣说:“他总是反复强调,我们是和世界上最厉害的一帮人竞争,我们比他们聪明?不可能。只有肯吃苦,比他们多花几倍的时间和精力,也许还有一点机会。

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