科技之光|“悟空”捉妖记！我国探测卫星发现疑似暗物质踪迹

科技之光小课堂

大家好，小空又和大家见面啦！小可爱们还记得上上期小空给大家介绍的关于暗物质的知识吗？这期小课堂，我们要聊的话题也和暗物质有关哦！

🕓

“悟空”发现了暗物质？

11月29日，《自然》杂志发表我国暗物质粒子卫星“悟空”的首个科学成果，宣布获得了世界上最精确的高能电子宇宙线谱。

暗物质是什么？如何探测？测？  

一般来说，我们所认知的事物或多或少都会受到电磁力的影响，它们要么发光，要么吸收光，要么反射光。但是如果宇宙中仅仅存在这些物质，我们所得到的宇宙图像会与现实产生巨大的偏差。于是科学家们构想有一种物质，它不与电磁力相互作用，因此人类无法通过电磁波观测到它们。但是这种物质具有质量，可以使时空弯曲，使得理论与现实符合。因为这种物质无法通过电磁波直接观测，我们将其称为暗物质。

既然无法通过电磁波观测，我们要如何证明暗物质存在呢？

目前来说有三种方法：地下实验室直接探测，空间间接探测，对撞机产生暗物质。悟空号使用的就是空间间接探测。

暗物质是很稳定的，但是偶尔会相撞湮灭。一旦湮灭便会产生物质及其反物质，例如：正负电子对。而正负电子对是我们可以观测到的。通过观测宇宙中的电子射线就可以找到暗物质的踪迹。我们可以将宇宙中普通物质产生的电子射线的数量按能量大小排序得到一条曲线，一旦发现某个大小的能量附近的电子射线数量异常且无法以现有理论解释，那么很有可能是暗物质碰撞所产生的电子射线，由此我们便发现了暗物质。

什么是“悟空”？

我知道！我知道！美猴王嘛!

emmmmmm……皮这一下你快乐吗？大家还是听小空细细道来吧。

悟空号，全称“悟空”号暗物质粒子探测卫星，是目前世界上观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星。

悟空号卫星示意图（中科院供图）

那悟空号这么先进，所花费的代价一定很高喽？

不是哦。我们悟空号可是经济实用型卫星呢！

有这么先进（而且实惠）的卫星，取得这次重大成果也让我们从心中感到自豪，接下来让我们看看悟空号这次取得的成果吧。

成果

“悟空”号对宇宙射线电子能谱的测量结果（红点），以及与之前别的实验观测结果的对比

（来自Nature, 2017）

可以看出来，此次悟空号得到的图谱有两个有趣的特征：

1）电子能谱在1.1TeV处有一个明显的拐折；

2）在能量约1.4TeV处有一个尖峰结构。

第一个特征在此前的实验HESS中，曾被观测到。但因为误差太大而不能明确下结论，而悟空号则清晰的表现出了这个拐折。因为这个特征与暗物质无关，故暂且不提。

第二个特征是“悟空”首先观测到的，之前从未出现过类似的现象。这个现象意味着空间中可能存在质量为1.4TeV的新粒子，而这或许就是人类苦苦探寻的暗物质。

等等，不是发现暗物质了吗，为什么还要加个或许？

因为目前还存在另一种可能就是宇宙中存在某类独特的加速器可以将电子加速到单一能量。

但是，不论哪一种情况，都将是粒子物理或天体物理领域的开创性发现。目前，悟空号的发现给人类指明了一条道路，未来对撞机的设计更加注重对这个能量段的设计，地下实验室可以尝试对更重的暗物质粒子探测的灵敏度，其他空间实验可以验证悟空号的发现。

遗憾的是我们目前还不能肯定这就是我们追寻已久的暗物质，但是悟空号仍旧在空中运行，它将在未来为我们带来更多的奥秘，可以期待在可见的未来，暗物质的神秘面纱终将被揭开。

文稿：程勃达 张越

资料来源于https://www.zhihu.com/question/263365132

图片：部分来源于网络

编辑：胡田野 薛馨瑜

审核：高浩迪 何嘉华 张亚伦