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“启蒙运动空”关注暗物质之谜:如何使用“阿凡达”?

“吴空”热眼看着暗物质的神秘“吴空”首席科学家张进在中国科学院国家科学中心科学任务大厅空介绍了卫星工作。

记者金王力在中国科学院紫金山天文台“吴空”首席科学家张金(中)和他的团队合影。

记者金·王力在《自然》杂志上拍摄并发表了“吴空”高精度电子能谱,显示剧烈波动在1.4电子伏特左右

宇宙中还有什么比引力波更难找到的呢?如果你把这个问题交给物理学家,答案肯定是暗物质和暗能量。

它们产生的万有引力控制着宇宙的进化和物质的运动,但仍然很难找到任何踪迹。它被称为“21世纪笼罩物理学的两朵乌云”。

暗能量离我们仍然很远,但是暗物质有望在不久的将来被揭开。

随着各国争相投资研究,中国还于2015年12月17日发射了暗物质粒子探测卫星“吴空,该卫星拥有世界上最宽的观测能量范围和最高的能量分辨率。

经过两年多的在轨运行,“吴空”并没有让它的使命蒙羞,它搜寻了100多个异常电子,并直接测量了电子宇宙射线光谱中的一个扭结。

这些信号将暗物质研究向前推进了一步。

习近平总书记最近在中国科学院第19届院士大会和中国工程院第14届院士大会上发表了重要讲话。他指出,“吴空、墨子、颜回、碳卫星等系列科学实验卫星已经成功发射,500米球形射电望远镜、上海光源、全超导托卡马克核聚变装置等重大科研基础设施为中国开展世界级科研奠定了重要的物质技术基础。

“科技创新的浪潮正在汹涌澎湃,如果千帆取得大胆的进步,它将取得胜利。

近日,记者采访了中国科学院紫金山天文台“吴空”研究小组,探讨他们的研究成果。

驱散“乌云”:如何找到暗物质?当我们抬头看星星空,除了太阳、月亮和星星,我们感觉宇宙空在摇摆。

然而,这可能是一种幻觉——早在20世纪初,许多科学家就提出宇宙中存在发光微弱或没有发光的暗物质。

现代天文学家通过引力透镜、宇宙中大型结构的形成和宇宙的膨胀进行的研究表明,宇宙的密度由大约4.9%的普通物质、26.8%的暗物质和68.3%的暗能量组成。

换句话说,我们只能看到整个宇宙中不到5%的普通物质,剩下95.1%的成分我们看不见。

暗物质有特殊的性质。对人类来说,它们以不可见和不可见的状态存在。

我们所说的“不可见”不仅是指可见光波段的人类肉眼不可见,也指任何波段的电磁波不可见,如无线电、红外线、紫外线、x光等。

因为暗物质既不发光也不参与电磁作用,所以目前人们只能通过重力产生的效应来感受它的存在,但仍然没有确凿的证据。

如此神秘而重要的存在使得暗物质成为现代天文学和物理学中的一大谜团。

对其物理本质的研究必将带来基础物理的重大突破和科学技术的革命。

“暗物质粒子的探测是目前国际科学前沿最具竞争力的研究领域。

“吴空”中国科学院紫金山天文台台长兼副台长常进说,通过天文观测,科学家得出暗物质有两个重要特征。一个是它可能是一种新的重粒子,另一个是它本身和普通物质之间可能存在微弱的相互作用。

这可以用于设计探测暗物质的实验。

据了解,各国的科研团队主要使用三种方法来寻找暗物质:第一种是使用粒子碰撞设备来观察实验中是否能产生暗物质。

这方面的代表是欧洲的大型强子对撞机。

第二是在地下深处挖一条隧道,以屏蔽宇宙射线对地表的影响,并捕捉暗物质粒子和普通原子核之间的碰撞。

锦屏地下实验室位于中国四川南部的地下深处,是世界上最深的暗物质探测实验室,于2010年投入运行。

清华大学领导的暗物质实验合作小组使用了国际首创的高纯锗检测系统,在一定范围内将暗物质的直接检测灵敏度提高到目前国际最高水平。

第三种是在Tai 空观测到的暗物质粒子湮灭或衰变的产物。

例如,多国阿尔法磁谱仪实验和中国的“吴空”暗物质粒子探测卫星使用了这种观测方法。

根据目前理论物理学家的解释,如果暗物质粒子相互碰撞并湮灭产生高能电子,通过精确探测Tai 空处高能电子的能谱,可以发现暗物质存在的痕迹。

常进说,“吴空”本质上是一种高能粒子探测器。

由于大气阻塞,很难探测到地面上的这些高能粒子,因此仪器被发射到台山空。

大海捞针:“启蒙空”如何使用“阿凡达”?“暗物质粒子产生非常微弱的信号,因此需要高能量分辨率、高空分辨率、高统计数据和低成本的高能粒子望远镜。

常进说,“吴空”就是朝这个方向发展的。

资料显示,“吴空”的宽度、长度和高度分别只有1.5米、1.5米和1.2米,与书桌大小差不多,比记者预期的要小得多。

“虽然它体积小,但“武术”很强。

暗物质粒子探测卫星总工程师艾长春表示,“吴空”由四个科学探测有效载荷组成,即塑料闪光阵列探测器、硅阵列探测器、BGO量热计和中子探测器,它们可以高精度地测量入射粒子的类型、方向、能量和电荷。

“启蒙空”的动态探测范围借助探测器的“金眼”可以达到一百万倍。

“如果把‘启蒙运动空’比作一个人的眼睛,就相当于看到一个身高两米的篮球运动员和他身体里的血小板。

”常进说道。

自阿森松岛空于2015年底发射以来,“吴空”一直在500公里太阳同步轨道上运行。

前两年,它使用天空测量模式从各个方向扫描泰空。

目前,它正在根据全天区域探测的结果,对最有可能观测到暗物质的区域进行定向观测。

“‘启蒙运动空‘l空,每天绕地球飞行15次,平均每秒60个高能粒子,每天500万个高能粒子。

常进说,自发射以来,这颗卫星一直稳定运行,数据质量非常好。

然而,找到“异常”和“可能性”并不容易。

在过去的两年里,“吴空”已经探测到超过35亿的高能宇宙射线,从中只发现了100多个异常电子,这不亚于大海捞针。

“这就像在一个拥有数千万人口的城市里找到一个特定的人,既快又准确。

”常进说道。

目前,国际知名的相关研究项目包括美国费米卫星、日本热量计型电子望远镜和著名物理学家丁肇中主持的阿尔法磁谱仪。

“天空中的辐射背景太复杂,无法分辨。

“吴空”科学应用系统第一中学副主任表示,与类似的国际探测设备相比,“吴空”显著提高了电子能量观测的上限,获得的电子样品的“纯度”也是最高的,特别适合寻找暗物质粒子湮灭过程中产生的一些非常尖锐的信号。

这是中国科研人员自主提出的一项新探测技术,实现了高能电子和伽马射线的“经济实用”观测。

除了暗物质探测的目标,来自“吴空”卫星的数据也可以广泛用于宇宙射线和高能天体物理学的研究,为我们理解宇宙中的极端条件和暴力活动提供帮助。

勇敢地闯入“无人区”:去年12月7日,根据最初530天的观察数据,“吴空”正式发表在《自然》杂志上。

“Wu 空”在其在轨运行期间收集了大约28亿个高能粒子。

基于这些数据,研究人员成功获得了目前世界上最精确的高能电子宇宙射线能谱,引起了学术界的极大关注。

“如果暗物质湮灭产生电子和伽马射线,那么它们的能量不能超过暗物质的质量。

因此,在暗物质质量上方的能量部分,电子流或伽马射线会突然减少,显示出能谱中的尖锐扭结。

现在“吴空”确实在电子宇宙射线光谱中发现了一个扭结,尽管它的最终物理起源仍需进一步研究。

”范钟毅解释道。

这是吴空首次发现的非常尖锐的能谱结构。

初步数据显示宇宙射线高能电子显示出1.4万亿电子伏左右的尖锐结构,这可能与暗物质粒子的湮灭有关。

常进认为正常的能谱变化应该是一条平滑的曲线,但是根据观测数据,突然出现了剧烈的波动,画了一个“尖峰”,这意味着这里有“奇”。

由于数据不足,“尖锐”的电子光谱结构目前尚未得到证实。现在回答这是否是暗物质还为时过早。

“我们依靠天空吃饭,天空中有多少宇宙射线,我们可以测量出多少例子。

常进说,减少统计误差的唯一方法是积累大量数据,这需要更多的时间。

中国科学院院长白春丽认为,如果后续研究证明这一发现与暗物质有关,那将是划时代的科学成就。即使它与暗物质无关,它也可能给现有的科学理论带来突破。

“吴空”对暗物质的探索正逐渐进入科学的“无人区”。

然而,要成为“无人区”的“领导者”并不容易。

自卫星设计和测试以来,以常进为首的“吴空”研究团队不断吸引国内外研究人员加入。目前,已经形成了一支由来自中国、瑞士、意大利等国家的100多人组成的多学科顶尖人才队伍。

目前,“吴空”在轨运行良好,预计将超过其设计寿命。

未来两三年将是卫星数据分析的关键时期,将收集越来越多的目标病例,并绘制更精确的能谱。

预计“吴空”的第二批科研成果将于今年年底公布。

“对科学的追求是人类社会不断进步的主要动力。

“常进说我们不知道暗物质的作用,但是对暗物质的研究每天都会影响他和他的团队成员。

也许再过100年,人类的日常生活将离不开暗物质突破所产生的新理论。

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