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暗物质卫星“悟空”探天再立新功

时间:2019-11-11 09:19:04

新华社北京10月10日电(记者蒋芳、王珏岳)10月10日,新华社《每日电讯报》发表了一篇题为《暗物质卫星悟空寻找天堂并取得新成就》的报道。

国庆节期间,中国科学院紫金山天文台暗物质卫星监控大厅的研究人员仍在加班。当全国沉浸在国庆节的气氛中时,作为中国的第一颗天文卫星,“悟空”仍在500公里高的太阳同步轨道上运行,忙碌不已。

"将近四年前,那只猴子没有让我们失望。"暗物质卫星的首席科学家常进说,最近它给每个人都带来了新的惊喜。基于前两年半的数据,“悟空”在世界上首次利用空间实验精确绘制高能质子宇宙射线的能谱,观察能谱的新结构。这项成就的科学意义和想象力的极限在哪里?记者采访了科学研究小组,向公众披露秘密。

(副标题)引导人类寻找宇宙射线的来源

什么是宇宙射线?自从1912年宇宙射线被发现以来,宇宙射线的起源和加速机制的谜团尚未解开。

事实上,人类在大气层的保护下只能从绚丽的极光中感受到它的存在。事实上,地球一直与它“密切接触”。在海平面上,宇宙射线粒子平均每分钟穿过每个硬币大小的区域。与地面上能量最高的粒子加速器相比,宇宙射线的威力要大1000万倍...

经过两年半和上亿次轰炸,悟空“拦截”了2000万条高能质子宇宙射线,并绘制出最大能量为100 tev(1tev=1万亿电子伏)的宇宙射线能谱。研究人员在这张地图上看到了一个“扭结”结构,其中质子通量先上升后下降。这到底是什么意思?

“这种结构,特别是下半年的下降结构,在以前的地面和空间观测中没有发现。在很大程度上,这是因为与类似的国际探测器相比,“悟空”在高能级测量性能方面具有明显优势,这使我们能够看得更清楚,看到以前从未见过的现象。”负责数据分析的暗物质卫星小组成员岳川说。

除了更高精度打开的新视野,科学家进一步分析和推测“纽结”结构可能是地球附近宇宙射线源留下的痕迹。

暗物质卫星项目组成员、中国科学院紫金山天文台研究员袁强说:“如果宇宙射线源在银河系中均匀分布,我们应该看到一个平滑的能谱。这种“扭结”可能是因为地球恰好靠近宇宙射线源。

研究人员说,空间探测器受到其“小尺寸”的限制,可以接收有限的数据,而地面探测器可以达到大规模并记录更多的数据。这项研究的意义在于,这一观测结果可以为地球宇宙线研究的下一阶段指明方向。如果进一步的研究能够积累更多的数据,我们有望直接找到附近的宇宙射线源。

(副标题)指导高能粒子加速器的发展

自从1912年被发现以来,宇宙射线一直给人类打开微观世界的钥匙。通过对宇宙射线的研究,人类发现了正电子、μ子和π介子等重要粒子,并获得了许多相关研究的诺贝尔奖。2012年,欧洲粒子物理研究所通过目前世界上最大的粒子对撞机——大型强子对撞机发现了希格斯玻色子。

高能量物理学家追求“更高的能量、更好的细节和更强的力量”,具有不失去运动员的竞争精神。国内外科学家已经建造了几个粒子加速器,试图破解物质的深层结构和更基本的相互作用规则。然而,宇宙总是可以轻易地“杀死”人类。银河系外能量最高的宇宙射线,能量超过10到20电子伏特,几乎是北京正负电子对撞机加速粒子能量的1000亿倍。

是什么样的加速机制使得“微观粒子”具有与“宏观物体”相当的能量?科学家大胆设想探索宇宙射线的粒子加速原理可以用来指导人类开发高能粒子加速器。“悟空”参与的宇宙线研究可能会给物理学带来新的活力。

“宇宙射线源相当于天然的超级粒子加速器。由于人造对撞机填补了标准模型的空白,探索宇宙射线中高能粒子的大胆假设可能会在现有物理模型之外开辟一个新世界。”中国科学院紫金山天文台研究员范钟毅说。

袁强认为,每当人类发展加速器突破一个能级,它的技术难度和成本就会成倍增加。因此,利用宇宙射线研究极高能量粒子,探索宇宙射线的加速机制,有望拓展人类对物理规律的理解,并取得超越加速器的突破性成就。

(副标题)“悟空”将服务到2020年

“悟空”是我国发射的第一颗天文卫星。它于2015年12月17日推出。它最初计划在空中运行3年。延长服务期的“悟空”表现如何?

据了解,自2017年以来,“悟空”在电子和质子宇宙线测量方面相继取得突破性进展,标志着中国的空间高能粒子探测研究已经成为世界领先的研究之一。接下来,“悟空”合作小组将陆续公布较重核素能谱测量结果。有望发现不同宇宙射线核素能谱的扭结结构规律,从而进一步揭示高能宇宙射线的加速机制以及与星际介质的相互作用等物理问题。

暗物质卫星的首席科学家张进(Chang Jin)表示,这颗卫星已经在轨道上运行了近四年,其有效载荷运行良好,总共获得了大约70亿粒子的信息。关键的科学工作仍在继续。从最新的研究结果来看,与世界上同类探测器相比,悟空绘制的质子宇宙射线能谱在1-100 tev的能量范围内精度最高,其能量上限比著名物理学家丁肇中领导的阿尔法磁谱仪实验高约50倍,比日本学者领导的量热仪电子望远镜实验高10倍。

“悟空将把服务推迟到2020年,我们已经在为下一代空间高能伽马射线和粒子探测实验做准备。”范钟毅透露,该团队已经在对关键技术进行前期研究。新探测器将改进其设计,加强其低能粒子筛选能力和伽马射线探测能力。总检测效率预计将达到当前水平的10倍以上。(结束)


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