专家解读：“悟空”首秀有何门道?

图说：暗物质粒子探测卫星“悟空”（DAMPE）

　　原本应该是平滑曲线的宇宙射线电子能谱正常变化，突然在超高能谱段出现了一个奇异的“拐折”，形成一个剧烈波动的“尖峰”，其中存在的能谱精细结构一旦得以确证，无论是不是暗物质，都将是粒子物理或天体物理领域的开创性发现！

　　北京时间今天凌晨，“悟空”在《自然》上发表了自己的首篇科学论文。在众多“高大上”的专业术语中，最吸引公众的关键词无疑是暗物质。何以见得发现了疑似暗物质的踪迹？为什么不能“打包票”说我们找到了暗物质？暗物质究竟何方神圣？

　　到底是不是暗物质

　　与美猴王同名的我国暗物质粒子探测卫星“悟空”，最感兴趣的“妖魔鬼怪”，首当其冲便是暗物质。“暗物质是什么”是本世纪亟待回答的最基本科学问题之一，也是现代物理学界最久未揭开的谜团。当前主流科学界认为，人类已经发现的物质仅占宇宙总物质量不足5%，剩余部分皆由暗物质和暗能量等构成。

　　暗物质本身不可见，但暗物质湮灭或者衰变了的时候会产生看得见的粒子，通过探测卫星探测看得见的粒子，可以间接探测看不见的暗物质粒子。由于暗物质无法被直接观测，与物质相互作用也很弱，人类至今对它知之甚少，甚至无法拿出确凿的证据来证明暗物质的存在。揭开暗物质之谜，被认为是继哥白尼的日心说、牛顿的万有引力定律、爱因斯坦的相对论、量子力学之后，人类认识自然规律的又一次重大飞跃。

图说：百万级的能量区间跨度成为粒子鉴别的一大挑战

　　“悟空”发现的全新物理现象，是否就是科学家寻觅已久的暗物质踪迹？“悟空”首席科学家、中科院紫金山天文台副台长常进表示，电子宇宙射线的正常能谱变化应该是一条平滑曲线，但根据“悟空”观测数据，在1.4Tev（万亿电子伏特）的超高能谱段突然出现剧烈波动，呈现一个“尖峰”——表明此处必然有一个全新的物理现象。根据现有的探测数据量和理论模型，目前还无法做出断定。但这一疑似暗物质的踪迹，是近年来科学家离暗物质最近的一次重大发现，也将打开人类观测宇宙的一扇新窗口。

　　中国科学院理论物理研究所研究员、中国科学院院士吴岳良解释，现有理论模型无法解释这一全新发现。它是暗物质粒子留下的蛛丝马迹，还是标准模型之外的新粒子，还需后续更多数据积累，以及多方实验来进一步探索。

　　紫金山天文台暗物质与空间天文研究部研究员袁强在科普文章中写道，由于高能量粒子数量稀少，现在还不能完全排除是统计波动的影响。“悟空”号的当务之急是继续收集数据，提高统计量，以确切地验证该新结构的真实性。可以预计，再经过一到两年的时间，“悟空”号的数据将对1.4 TeV这个结构的真实性给出明确的结论。

　　据他介绍，“悟空”的工作状态目前十分稳定，每天平均收集500万个粒子，预计还将服役3年，“理想状况下，我们将还能收集到50亿个粒子，届时我们将对许多问题给出清晰的说明，相信暗物质在不远的将来就会露出它的‘庐山真面目’”。

图说：“悟空”在轨运行530天后得到的高精度宇宙射线电子能谱（红色数据点），以及和美国费米卫星Fermi-LAT测量结果（蓝点）、丁肇中先生领导的阿尔法磁谱仪AMS-02的测量结果（绿点）的比较。

　　“悟空”有多火眼金睛

　　“在人类探索宇宙奥秘的进程中，‘悟空’发挥了大作用。作为卫星研制团队，我们此刻的心情很激动！”暗物质粒子探测卫星系统总设计师、微小卫星创新研究院研究员李华旺如是说。他点评说，“悟空”的在轨表现非常棒，其“火眼金睛”的程度甚至超出了我们的预期，堪称“超水平发挥”。

　　关于高能电子宇宙射线能谱，国际上之前的研究，因为探测器分辨率有限的原因，达不到现在的高能段，最多只能达到500Gev的能段，所以很多分析结果都是推测的。而此次中国暗物质探测卫星“悟空”清晰地测量到了1Tev以上的高能谱线分布，置信度高达6.6个西格玛（接近100%），这让以前猜测的推论变成了确凿的现实。接下来，更多理论物理学家，可以加入对这些可信数据的研究，很有可能为暗物质的解释提供重要证据。

　　发射升空不到两年，中国暗物质粒子探测卫星“悟空”就获得了如此令人信服的重要发现，让国际科学界都惊喜不已。李华旺表示，采集宇宙高能粒子事例，是一项数据量巨大的工作，探测器自身性能越优异，在轨环境越稳定，就能更快地获取有价值的科学数据。“悟空”的重量1850公斤，探测器重量是1415公斤，是国内载荷平台比最大的一颗卫星。目前来看，无论是能源供应，热控、姿态控制、能量分辨率、探测能段、方向测量等，“悟空”都表现得非常优异。以热控为例，温度越稳定，卫星探测工作受到的波动影响就越小，获得的数据噪声也就越小。“悟空”的温度一直控制得很稳定，只有零点几摄氏度的波动。

图说：1.4TeV（黄色标记处）出现的“峰”将会成为暗物质粒子存在的证据么？

　　“只要卫星能继续稳定运行，不断积累科学数据，‘悟空’还可能发现更多宇宙中的新现象。”李华旺表示，“因此，我们将全力保障卫星在轨稳定运行，确保为科学家提供更多、可靠的科学数据。”

　　新民晚报记者 董纯蕾