探源宇宙射线，“悟空”捕获新证据 02

        　　本报讯（记者　黄海华）我国的“悟空”暗物质粒子探测卫星，日前捕获到了世界上最精确的高能电子宇宙射线能谱（能谱指的是电子数目随能量的变化情况）。更让科学家兴奋的是，他们首次直接测量到了这一能谱在1TeV 的拐折（eV是电子伏特的英文缩写，电子伏特是能量的单位，1TeV=1万亿电子伏特），这对于判定部分电子宇宙射线是否来自暗物质起着关键作用。“悟空”卫星的数据初步显示在1.4TeV处存在能谱精细结构，一旦该精细结构得以确证，将是粒子物理或天体物理领域的开创性发现。
　　今晨2时，这些重大成果在线发表在《自然》杂志上，有望推动人们进一步理解特定电子宇宙射线的神秘起源。

　　寻找暗物质存在的蛛丝马迹

　　浩瀚宇宙中，看不见的物质总量远远比看得见的物质更多。暗物质约占26.8%，暗能量约占68.3%，合计占了宇宙总能量密度的95.1%。寻找暗物质，一直是重大的科学前沿问题。如果暗物质粒子相互碰撞并湮灭，会转换为看得见的高能电子粒子，通过在空间探测高能电子能谱，可以发现暗物质存在的蛛丝马迹。
　　“悟空”卫星首席科学家常进介绍，“悟空”卫星在轨运行的前530天，共采集了约28亿颗能量在5GeV—10TeV　之间的高能宇宙射线，其中包含约150万颗能量在25GeV以上的电子宇宙射线。基于这些数据，科研人员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。
　　人类眼睛最敏感的可见光能量约为2eV。之前利用气球实验或太空实验进行的直接测量最多只达到2TeV左右，利用地基望远镜阵列进行的间接测量最多只达到5TeV左右，而“悟空”能够探测到最高约10TeV的宇宙射线，相比国外的空间探测设备（比如丁肇中主持的阿尔法磁谱仪项目），能量测量范围显著提高，电子的“纯净”程度最高（混入的质子数量最少），能谱的准确性高。
　　“这是世界上第一次在空间观测TeV级别的波段，火眼金睛的‘悟空’，拓展了我们观察宇宙的窗口，让我们有机会发现新的物理现象。”常进说。

　　第二批观测成果明年底发布

　　来自常规宇宙射线源的宇宙射线能谱根据我们已知的物理规律有其特定的分布，其分布规律是逐渐下降的。如果出现异常，必然有着新的物理原因。“悟空”卫星首次直接测量到了电子宇宙射线能谱在1TeV处的“急速”拐折，该拐折反映了宇宙中高能电子辐射源的典型加速能力，其精确的下降行为对于判定能量低于1TeV的电子宇宙射线是否来自暗物质湮灭是关键性数据。
　　“我们很幸运直接测量到了这一拐折，这是一个新发现。”暗物质卫星工程科学应用系统副总师范一中介绍，他们观测到小于1TeV 的电子宇宙射线粒子数目起初是缓慢下降，但从1TeV开始突然快速下降，就好比来了个紧急刹车。国外地面望远镜此前看到过一些类似的迹象，但误差很大，无法确定。之前各种暗物质模型都预测过会有拐折，不同模型预测的拐折行为各有差异，但这一拐折和之前大家期待的暗物质模型都不同。“究竟是否暗物质还不确定，需要两到三年的数据积累，也需要全世界理论物理学家去解读。卫星的工作可以用完美来形容，‘悟空’取来了真经，至于是什么经，还不清楚。”
　　这一拐折使得1TeV以下的最简单暗物质模型受到挑战，意味着它可能来自新天体物理源或暗物质湮灭/衰变，需要更复杂的暗物质模型来解释。
　　此外，“悟空”卫星的数据初步显示在1.4TeV处存在能谱精细结构。一旦得以确证，将是粒子物理或天体物理领域的开创性发现。“种瓜得豆，在科学研究中是常有的事情。我们在高能段观测到了这一引人瞩目的现象。”常进说，1.4TeV　处电子能谱的精细结构暗示了暗物质粒子存在的可能的新证据。
　　“我给卫星打100分。”常进介绍，目前“悟空”卫星运行状态良好，所有探测器性能和刚发射时一样，正持续收集数据，预计将远远超出3年设计寿命。计划明年年底，会有第二批观测成果发布。

　　记者手记
　　如果不是暗物质，将是更加重大发现

　　“悟空”暗物质探测卫星的首批重大成果发布后，有的人可能会有些失望，因为还没有直接探测到暗物质。
　　任何重大发现的前夜，可能对于科学家来说比发现本身更有魅力。此次，科学家们第一次直接测量到了高能电子宇宙射线能谱在1Tev的拐折，这个不同寻常的拐折对于判定部分电子宇宙射线是否来自暗物质起着关键性作用。尽管，它还有待进一步验证，但这个发现，就足以让人兴奋。
　　许多开创性发现，并不是一蹴而就的，而是需要更多的数据积累和更多的验证。如果沿着重大发现的时间轴回溯，你会看到它正是由许多让人兴奋或疑惑或深思的多个瞬间组成。
　　科幻小说作家艾萨克·阿西莫夫曾经说过，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“我找到了”，而是“嗯……这挺奇怪”。自然科研中国区科学总监印格致博士深有同感，他认为“悟空”卫星团队发布的科研结果也是如此，“我们现在还不知道这些结果代表着什么，但这些结果是出乎我们意料的，它们有潜力改变我们看待宇宙的方式。”
　　“如果未来证明是暗物质，将会是一个重大的发现。如果不是暗物质，将会是一个更加重大的发现。”中科院院长白春礼说。
　　毋庸置疑，今天是一个重要的日子，在人类科学发展历史上，它注定会成为一个闪亮的瞬间。