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中科院暗物质粒子探测卫星“悟空”的最新发现

2017-11-30 Nature自然科研 Nature自然科研

暗物质粒子探测卫星(DAMPE)以前所未有之高的能量分辨率直接测量了宇宙线电子及其反物质对应物正电子的能谱。这一发现在线发表在了《自然》期刊上(Direct detection of a break in the teraelectronvolt cosmic-ray spectrum of electrons and positrons),有望推动人们进一步理解特定宇宙线电子和正电子的神秘起源。

BGO电磁量能器中电子和质子的鉴别。

DAMPE Collaboration

测量高能宇宙线电子和正电子的能谱可以揭示有关银河系高能过程的信息,或有助于观测暗物质粒子湮灭(粒子转化成正负电子或发生衰变)等现象。过去,利用气球实验或太空实验进行的直接测量最多只达到2 TeV左右,利用地基望远镜阵列进行的间接测量最多只达到5 TeV左右。

DAMPE测量到的宇宙线电子和正电子的能谱。

DAMPE Collaboration

中国的暗物质粒子探测卫星(又称“悟空”)能够检测最高约10 TeV的宇宙线电子和正电子。来自DAMPE项目的常进及同事报告了在25 GeV-4.6 TeV能量范围内的直接测量,测量的能量分辨率极高,宇宙辐射背景极低。他们还在0.9 TeV左右发现了能谱断裂——高能可见的宇宙线电子和正电子数量减少幅度超出预期,证实了之前的间接测量结果。

Nature|doi:10.1038/nature24475



说了这么多,这项成果代表了什么?让我们来听听自然科研中国区科学总监印格致博士对这一研究意义的感悟吧!


伟大的科幻小说作家艾萨克·阿西莫夫(Isaac Asimov)曾经说过,在科学探索中能听到的最激动人心的一句话, 即在最重要的新发现之前出现的短语, 不是“尤里卡,我找到了! 而是“嗯...这挺奇怪!”


今天的悟空卫星团队报告的结果也是如此。 我们现在还不知道这些结果代表着什么,但是这些结果是出乎我们意料之外的,所以它们有潜力改变我们看待宇宙的方式。


中国科学家在高能粒子物理上产生令人骄傲的突破性成果历史悠久。杨振宁,李政道,吴健雄,这些是其中的几个代表,他们在高能物理上的贡献改变了我们看待世界的方式。


中国对于基础科学持续的大力支持展示了中国对成为世界领袖的决心。


粒子物理学研究历史上有一个著名的故事:物理学家罗伯特威尔逊,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John Pastore想知道,费米实验室的研究成果是否可以用于增强国防。


威尔逊博士表示费米实验室的成果无法用于国防。这位参议员很不解,继续追问,威尔逊博士是这么解释的: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。


粒子物理学家和优秀的画家,杰出的雕塑家,伟大的诗人有关。对艺术的热爱和对科学研究的推崇,是一个国家荣誉的来源,从这个角度来说,粒子物理带来的新知和国家荣誉息息相关,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。


在我看来,这已足以证明我们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。


中国对于基础科学的支持不仅反映了中国成为世界领袖的决心,同时也展示了中国对于基础科学是创新型经济发展引擎的深刻理解。


支持聪慧的科学工作者们解答我们这个时代最具挑战性的科学问题,会给我们提供全新的技术,可以帮助我们解决以前从未想过的问题。


威尔逊谈到了解宇宙的本质是我们如何看待自己的根本。这和画家,雕塑家,作家,诗人对于艺术的追求是共同的。 但了解宇宙的过程中我们也会有意想之外的收获。高能粒子物理研究中产生的技术改变了我们操纵世界的方式。


它产生了与粒子物理并不直接相关的新想法和新技术,但和我们改善我们生活方式的息息相关。


今天我们每个人都离不开的互联网的概念,正是源于粒子物理学家对于快速便利共享信息的需求。


解答宇宙中最艰深的问题不仅使我们成为伟大的诗人,也会对我们的宇宙产生直接和积极的影响。 就悟空卫星而言,此次的成果展示了中国技术实力发展的一个里程碑。这次研究中实现的测量所需的精湛技术是无与伦比的,未来可能会帮助中国解决其他我们现在还想不到的技术挑战。


我们很激动可以参与到中国科学发现的旅程中来,我感谢悟空团队让《自然》参与了这一旅程。


--- 施普林格·自然中国区科学总监印格致在论文新闻发布会上的发言

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Direct detection of a break in the teraelectronvolt cosmic-ray spectrum of electrons and positrons

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