“悟空”可能发现了暗物质？！切莫妄下结论
导语大家都被“悟空”刷屏了吧？日凌晨，诸多媒体通过网络集体“轰炸”，铺天盖地宣布了我国暗物质粒子探测卫星DAMPE（Dark MAtter Particle Explorer，小名“悟空”）取得重大发现的消息。“悟空”取得重大突破……“悟空”有重大发现……“悟空”疑似找到暗物质……甚至有媒体称“你可能正在见证改写物理课本的事件”，将此次发现与引力波相提并论。那么“悟空”究竟看到了什么呢？到底与暗物质有什么关系呢？先八卦一下首先，各路媒体之所以在凌晨发布，主要原因在等《Nature》杂志在其网站上发布“悟空”团队的研究论文，因此当文章一出，各大媒体步调一致地将事先准备好的稿件在“第一时间”发出。实际上中国科学院在11月27日已经召开了新闻发布会，披露了“悟空”取得的首批重大科学成果。如果你打开中科院网站，你会看到相关新闻报道中有这样一句话：利用“悟空”采集到的数据，科研人员获得了世界上迄今最精确的高能电子宇宙线能谱。这条才是本次所宣布的最核心的内容。中国科学院网页截图再引用一下所谓的重大突破体现在哪些方面呢？官方声明中提到“悟空”在日至日在轨运行的530天里共采集了约28亿颗高能宇宙射线，其中包含约150万颗25GeV以上的电子宇宙射线（CREs）。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。这一阶段“悟空”的主要成绩归纳如下：“悟空”的电子宇宙射线能量测量范围比国外的空间探测设备有显著提高，拓展了观察宇宙的窗口；“悟空”测量到的TeV电子（能量为1万亿电子伏特的高能电子）的“纯净”程度最高（其中混入的质子数量最少），能谱准确性高；首次直接测量到了电子宇宙射线能谱在~0.9 TeV处的拐折；初步显示在~1.4 TeV处存在能谱精细结构。第一条属于重要的“定性”，你懂的。第二条结果令研发团队感到欣慰，卫星上天后实测结果比实验室还好得多，也为后续研究奠定了坚实的基础。第三条和第四条才是本次重要的科学结果。是不是有点复杂？好，请看下方解读。关键解读一下既然“悟空”叫暗物质粒子探测卫星，必然与暗物质的探测有关。目前对暗物质粒子还是一个个大大的问号，因为它们几乎不参与电磁作用，看不见摸不着，我们只知道他们与普通物质一样，有质量会产生引力。然而通过引力只能知道哪些地方存在暗物质、比例是多少，却不能知道是什么。目前探测暗物质无非就三种方法：第一种，加速器探测法。地面加速器上将粒子加速到极高能段，让他们相互碰撞，打出新粒子，以期“创造”暗物质粒子。第二种，直接探测法。将探测器深埋地下，直接探测来自宇宙空间的暗物质粒子和原子核概率极小的碰撞所产生的极其微弱的信号。第三种，空间间接探测法。使用卫星观测暗物质粒子在宇宙空间发生湮灭或衰变之后产生的稳定粒子如伽玛射线、正电子、反质子、中微子等。如果我们能够精确测量这些粒子的能谱，就有可能会发现暗物质粒子留下的蛛丝马迹。“悟空”的任务就是这个。看不见的暗物质粒子湮灭时可能产生伽玛射线、高能电子、正电子、反质子等看得见的普通粒子，据此反推暗物质粒子。把这530天的观测数据绘制成图表，最重要的就是下面这张——高能电子宇宙线能谱，你想了解的信息也都在这张图里了。根据常规的天体物理过程会产生的电子能谱是平滑变化的，而研究认为由暗物质粒子湮灭或衰变过程所产生的高能电子在能谱上可能会出现“截断”（cutoff）或者单能线谱的特征。但是这个拐点究竟是否真的存在一直是个未知数。“悟空”绘制的高能电子宇宙线能谱（来源：doi.10.1038/nature24475）丁肇中先生主导的阿尔法磁谱仪（AMS）在国际空间站上日以继夜地探测，就是为了绘制出理想中那条“截断的”曲线。可是第二台AMS上天后7年了，拐点依然没有出现（图中绿线），而且随着电子能量的增加，置信度明显变差（每个点都有上下一条线段叫误差棒，指统计学上1σ置信区间，即有69%的可能性出现在这个区间里，区间越小表示越精确）。再如蓝色线条表示的是“费米”望远镜，能看到能谱下降了，但拐头还不明显。另外通过探测伽马射线进行间接探测的高能立体望远镜系统项目（H.E.S.S.）由于其收集到的高能电子覆盖频谱范围不够宽，缺少了左边平滑的部分，所以拐头也不太明显。国际空间站上的阿尔法磁谱仪AMS-02（来源：网络）我们再看看那条中国红的曲线——帅气！“悟空”的观测数据覆盖高能电子能量范围较广（横坐标），并且在0.9TeV的地方有个明显的拐头，此后曲线向下疾坠。这种形态有个高冷的名词叫平滑拐折幂率（Smoothly Broken Power-Law）。“悟空”首次直接观测到高能电子谱线明显的“下降行为”，这是物理学家梦寐以求的，而且我们的数据纯净度高、精度高，这对判定能量低于1 TeV的部分电子宇宙射线是否来自于暗物质起着关键性作用。虽然理论上与暗物质有着潜在联系，但是仅凭这些资料还远远无法确信，我们仅仅迈出了第一步。“悟空”主要的探测器（来源：紫金山天文台）“悟空”的探测器水平（e/γ指区别电子和γ粒子的能力，e/p指区别电子和质子的能力）（来源：紫金山天文台）此外，我们注意到图中约1.4TeV处还非常意外得出现一个“尖峰”，这个异常点格外引人关注。这个能谱是哪种粒子以何种机制形成的呢？目前不得而知。由于目前积累的数据量有限，置信度也不是很高，也缺乏其他项目或设备的对照，所以谁都不敢说那一定是暗物质带来的。因此我们看到，在“悟空”团队11月30日发表的论文中对这一现象几乎没有做出任何解释。“悟空”的首批科学成果（来源：CNA）对宇宙线电子能谱超出的理论解释（来源：网络）归纳总结一下从在轨运行的情况来看，“悟空”的状态非常好，在国际上首次获得55GeV~2.63TeV能段的高能电子宇宙线能谱（GeV为10亿电子伏特，TeV为1万亿电子伏特，比较一下，可见光的能量是1.62到3.11电子伏特），从这点上说就算是取得重大突破了。同时也观察到1TeV处的截断和1.4TeV处的异常尖峰，导致这些现象的可以是来自毫秒脉冲星等天体的普通粒子，也有可能产生自暗物质粒子的湮灭，当然也有可能是我们未知的物理机制。客观说，距离发现暗物质还很远很远，不要高兴得太早，不要过度解读。不过，不管怎样，这次发布的成果也相当重要，中国科学家在暗物质研究领域有了更多的话语权。“悟空”在太空中至少还要再工作4、5年，积累了更多数据后说不定会有更为惊喜的发现。本期志愿者简介施韡，网名“水兄”，上海天文馆（上海科技馆分馆）建设指挥部展示教育主管、中国天文学会会员、上海市天文学会副秘书长，《十万个为什么》（第六版）天文分册编委、上海科技馆天文探秘丛书《天问Ⅰ》编委，开设有微信科普订阅号“天文茶餐厅”、喜马拉雅FM精品节目《天文原来是这样》等栏目。
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核心提示新华社北京11月30日电 据中国科学院公布，暗物质粒子探测卫星“悟空”有充分数据证实，在太空中测量到了电子宇宙射线的一处异常波动。这一波动此前从未被观测到，意味着中国科学家取得一项开创性发现，且有可能与暗物质相关。“悟空”卫星在轨运行的前530天共采集了
新华社北京11月30日电 据中国科学院公布，暗物质粒子探测卫星“悟空”有充分数据证实，在太空中测量到了电子宇宙射线的一处异常波动。这一波动此前从未被观测到，意味着中国科学家取得一项开创性发现，且有可能与暗物质相关。“悟空”卫星在轨运行的前530天共采集了约28亿高能宇宙射线，其中包含约150万25GeV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最精确的电子宇宙射线探测结果。在中国科学院27日召开的新闻发布会上，我国暗物质粒子探测卫星“悟空号”首席科学家常进对外宣布了这一重大消息。对于公众普遍关心的暗物质探测话题，这一发现意味着什么？根据人们已知的物理规律，来自宇宙空间的粒子能谱（能谱指的是粒子数目随能量的变化情况）有其特定的分布，一般是随着能量升高其数目逐渐下降。如果能谱出现异常，便意味着可能有新的物理原因。根据目前理论物理学家的推测，如果暗物质粒子相互碰撞并湮灭，将产生高能电子。那么到空间去精确地探测高能电子能谱，就可以发现暗物质存在的蛛丝马迹。“悟空”的核心使命就是在宇宙线和伽马射线辐射中寻找暗物质粒子存在的证据，并进行天体物理研究。本文转载:石家庄传媒网：http://www.sjzcmW.com/据常进介绍，与目前国际上其他暗物质空间探测设备如AMS-02、Fermi-LAT相比，“悟空”卫星的电子宇宙射线的能量测量范围有显著提高，拓展了我们观察宇宙的窗口。记者了解到，“悟空”卫星采用了中国科学院紫金山天文台研究人员自主提出的分辨粒子种类的新探测技术方法，实现了对高能（5GeV-10TeV）电子、伽马射线的“经济适用型”观测。“1GeV=10亿电子伏特，1TeV=1万亿电子伏特。人类眼睛最敏感的可见光的能量约为2电子伏特。‘悟空’卫星在‘高能电子、伽马射线的能量测量准确度’以及‘区分不同种类粒子的本领’这两项关键技术指标方面世界领先，尤其适合寻找暗物质粒子湮灭过程产生的一些非常尖锐的能谱信号。”常进告诉记者。
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发布时间： 13:56:37来源：湖北日报网综合
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。
长期以来，科学界普遍认为在1.4TeV以上的高能段是一片“沙漠”，但“悟空”正在进行的工作有望证明，这里其实“风光旖旎”。“物理学界现有的理论模型远不能解释关于宇宙的所有疑问，期待‘悟空’能够破旧立新。”暗物质卫星科学应用系统副总师范一中说。
白春礼则认为，如果研究最终确定发现了新粒子，是暗物质，这无疑非常重要。但如果不是暗物质，也意义重大。“耗资100亿美元建造的欧洲核子对撞机撞出一个上帝粒子，验证了理论学家的预测，使其得到了诺贝尔奖。而我们如果用不到1亿美元就找到新粒子，意义更加非凡。”
（作者：&&编辑：沈素芬）“悟空”疑似发现暗物质，新物理学大门或将开启_网易新闻
“悟空”疑似发现暗物质，新物理学大门或将开启
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（原标题：“悟空”疑似发现暗物质，新物理学大门或将开启）
科普之家从探测器的研发，到国际合作搜寻暗物质，这也标志着中国的基础科学已经从“跟踪前沿”到了“领先发展”的阶段。继引力波探测成果获得诺贝尔奖之后，物理学界又传来了令人惊喜的好消息，这一次是中国科学家领衔的科学院团队做出来的。昨天，著名科学期刊《自然》（Nature）刊登了中国“悟空”暗物质粒子探测卫星（DAMPE）历时近两年获得的首批成果——在宇宙射线电子能谱TeV处首次直接探测到转折，其来源可能是暗物质。如果引力波的证实是爱因斯坦广义相对论这个经典理论大厦的最后一块砖的话，那么“悟空”这次成果预示着新物理学的大门即将开启。若无暗物质，宇宙不是如今这样暗物质是当今天体物理学和宇宙学面临的重大未解问题之一。通过对银河系、星系团、引力透镜等天体的观测，天文学家已经知道了暗物质的存在，占宇宙总质量—能量的23%。而可见的普通物质才仅仅占了4%，但它们又是看不见摸不着的，因为从理论上来说，他们跟我们这些普通物质不会发生碰撞，不会发光。即使这些暗物质在我们身边，我们也抓不到他——而且他们密度太小了，即使在整个地球体积上，暗物质总共才只有几公斤。但是在大尺度的范围上，暗物质又很重要，星系结构的形成必须由暗物质参与。也即，如果没有暗物质的话，我们这个宇宙根本就不是现在这个样子，甚至可能根本都不会有我们的存在。因为暗物质如此重要，又难以追捕，所以从上世纪以来，有不少科学团队加入到对暗物质的搜寻之中，但获得的基本都是零结果——这证实了在某些能区里，并不存在暗物质迹象。但这些过程也很重要，因为这给后来者扫清了障碍，指明了方向。这些探测器工作的基础是，在少量暗物质的激烈碰撞过程，会发出极高能量的电子。通过探测宇宙射线中出现的异常信号，反向探索暗物质的性质。日“悟空”发射升空，它最重要的使命，用暗物质卫星首席科学家、紫金山天文台副台长常进的话讲就是，“我们想通过 悟空 的火眼金睛，找到暗物质这个 妖魔鬼怪 ”。“悟空”具有其他探测器（比如美国费米卫星、丁肇中先生领导的阿尔法磁谱仪）更宽的能谱。它的工作区域有一部分（在1.4TeV以上）在此前被认为应该不存在任何信号。因此悟空号在接近1TeV处的“拐折”处探测到了显著信号，无论是否来自于暗物质，都是非常重要的。就像之前一些探测器的零结果会排除相当一批暗物质理论模型一样，这次探测结果对于高能天体物理、暗物质理论模型也进一步提出了挑战，会进一步检验究竟哪些理论能继续存在，或者需要进一步更新。是否发现暗物质还需更多数据支撑常进研究员认为，这次的探测结果有99.99%的可能性是来自于暗物质，但也有可能是来自于超新星或者脉冲星对电子和负电子的加速过程。因此，还需要进一步积累数据，看清这个区域更细节的表现，确定其形成机制。正如引力波的探测告诉我们，在宇宙深处存在以前，我们没有认识到的巨大的黑洞会发生合并，夜空虽然看上去祥和，但在宇宙里实际上存在许多暴烈的物理过程，其中一些高能粒子会到达地球，这就是宇宙射线。有许多看不见的粒子正无时不刻地在穿过我们的身体。“悟空”号的探测结果将进一步拓宽我们对宇宙的认识。这次在《自然》发表的文章是以DAMPE（悟空）合作组的名义发表。这个合作组是以中国为主，包括来自瑞士和意大利多所大学的近百位科学家组成的。
从探测器的研发，到国际合作搜寻暗物质，这也标志着中国的基础科学已经从“跟踪前沿”到了“领先发展”的阶段。有意思的是，这次成果的新闻发布会是11月27日在北京秘密召开的，只向部分新闻媒体公布信源，并约定在29日《自然》文章上线后方可公布消息。这也是《自然》等国际科学媒体宣布重大消息时的一贯做法，既做到保密性，又给相关媒体留出足够的时间进行新闻采写。暗物质和新物理学，已经来到了我们的门槛上。孙正凡（天体物理学博士）
(原标题：“悟空”疑似发现暗物质，新物理学大门或将开启)
本文来源：新京报
责任编辑：王晓易_NE0011
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