首次披露：暗物質長什麼樣
本報北京 11 月 30 日電（記者鄒維榮）天文觀測表明宇宙中的暗物質比人類目前熟悉的普通物質（也就是標準粒子物理模型能解釋的物質）要多 5 倍，其物理本質是目前國際上粒子物理和天體物理領域的最重大問題之一。暗物質粒子探測衛星“悟空”（DAMPE）的核心使命就是在宇宙線和伽馬射線輻射中尋找暗物質粒子存在的證據，並進行天體物理研究。
▲ 2015 年 12 月 17 日 8 時 12 分，我國在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭成功將 1 顆暗物質粒子探測衛星發射升空。
“悟空”衛星采用瞭中國科學院紫金山天文臺研究人員自主提出的分辨粒子種類的新探測技術方法，實現瞭對高能（5 GeV-10 TeV）電子、伽馬射線的“經濟適用型”觀測。1 GeV=10 億電子伏特，而 1 TeV=1 萬億電子伏特；人類眼睛最敏感的可見光的能量約為 2 電子伏特。
▲名為“悟空”的暗物質粒子探測衛星。（賀萌 畫）
“悟空”衛星是中國科學院空間科學戰略先導專項的首發星，它最早由紫金山天文臺的常進研究員於 2005 年提出，在原中國科學院基礎局、科技部的支持下研制瞭原理樣機。2011 年 12 月 21 日該項目被正式列入中國科學院戰略先導專項 - 空間科學專項，常進研究員擔任衛星的首席科學傢。該衛星的探測器由紫金山天文臺、中國科學技術大學、近代物理研究所、高能物理研究所與國傢空間科學中心聯合研制。瑞士的日內瓦大學、意大利國傢核物理研究院也參與瞭矽子探測器的研發。衛星平臺由中科院微小衛星研究院研發，地面科學應用系統由紫金山天文臺負責建設。
▲暗物質粒子探測衛星示意圖。
“悟空”衛星在“高能電子、伽馬射線的能量測量準確度”以及“區分不同種類粒子的本領”這兩項關鍵技術指標方面世界領先，尤其適合尋找暗物質粒子湮滅過程產生的一些非常尖銳的能譜（能譜指的是電子數目隨能量的變化情況）信號。
“悟空”衛星於 2015 年 12 月 17 日發射成功，是中國的首顆天文衛星。該衛星的數據分析工作獲得國傢重點研發計劃、科技部 973 青年科學傢專題項目、國傢自然科學基金委員會 - 中國科學院空間科學衛星聯合基金、國傢基金委傑出青年基金、國傢自然科學基金委優秀青年基金、中國科學院“百人計劃”等項目的大力支持，由紫金山天文臺組織協調。
“悟空”衛星在軌運行的前 530 天共采集瞭約 28 億顆高能宇宙射線，其中包含約 150 萬顆 25GeV 以上的電子宇宙射線。基於這些數據科研人員成功獲取瞭目前國際上精度最高的電子宇宙射線探測結果，如下圖所示。該成果於 2017 年 11 月 30 日 ( 北京時間 ) 在 Nature 雜志在線發表。
▲“悟空”衛星工作 530 天得到的高精度宇宙射線電子能譜（紅色數據點），以及和美國費米衛星測量結果（藍點）、丁肇中先生領導的阿爾法磁譜儀的測量結果（綠點）的比較。
與之前結果相比
“悟空”衛星的電子宇宙射線的能量測量范圍比起國外的空間探測設備（AMS-02, Fermi-LAT）有顯著提高，拓展瞭我們觀察宇宙的窗口。
“悟空”衛星測量到的 TeV 電子的“純凈”程度最高（也就是其中混入的質子數量最少），能譜的準確性高。
“悟空”衛星首次直接測量到瞭電子宇宙射線能譜在 ~1 TeV 處的拐折，該拐折反映瞭宇宙中高能電子輻射源的典型加速能力，其精確的下降行為對於判定部分（能量低於 1 TeV）電子宇宙射線是否來自於暗物質起著關鍵性作用。
此外，“悟空”衛星的數據初步顯示在 ~1.4 TeV 處存在能譜精細結構。目前“悟空”衛星運行狀態良好，正持續收集數據，一旦該精細結構得以確證，將是粒子物理或天體物理領域的開創性發現。
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圖解：何為暗物質？
