“悟空”號(hào)暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星
【曬曬咱的國之重器19】
距離地面500公里左右的太陽同步軌道上,來自中國的“悟空”正在遨游。
每天,這顆1米見方的小小衛(wèi)星繞地飛行大約15圈,用“火眼金睛”努力探測著宇宙高能粒子的蹤跡。
這只“孫猴子”到底在找什么?
其實(shí),浩瀚的銀河系中,除了恒星、行星等這些我們?nèi)庋劭梢姷奶祗w,還可能存在許多看不見的暗物質(zhì)??茖W(xué)家們推測,它們不發(fā)光、也基本不與其他物質(zhì)有相互作用,在一般光學(xué)手段觀測下,猶如“隱身”。
不過,當(dāng)一對(duì)暗物質(zhì)粒子偶然碰撞時(shí),可能會(huì)湮滅,并放出電子、正電子和伽馬射線等高能粒子。如果能夠精確“捕捉”到這些粒子的信息,就可能反推出暗物質(zhì)存在的蛛絲馬跡。
2021年9月7日,“悟空”號(hào)暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星首批伽馬光子科學(xué)數(shù)據(jù)向全球公開。自2015年12月17日成功飛天,“悟空”一次次所發(fā)布的寶貴數(shù)據(jù)令世界矚目,推進(jìn)著人類對(duì)宇宙的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。
這只“孫猴子”到底長什么樣?
這顆由中國科學(xué)院研制生產(chǎn)的衛(wèi)星,體積比一張辦公桌大不了多少,像一個(gè)倒立的銀白色四層蛋糕,有效載荷卻達(dá)到1.4噸,內(nèi)部集成了近8萬路電子學(xué)信道。從上到下,“悟空”裝備有四大探測器:塑閃陣列探測器、硅陣列徑跡探測器、BGO(鍺酸鉍)量能器和中子探測器。其中,BGO量能器包含300多根60厘米長的鍺酸鉍晶體。這些漂亮的“水晶棒”猶如孫悟空的“金箍棒”,對(duì)入射粒子的能量能進(jìn)行極為靈敏的測量。
它的視力究竟要多強(qiáng),才能稱得上“火眼金睛”?
據(jù)“悟空”號(hào)首席科學(xué)家、中國科學(xué)院院士常進(jìn)介紹,“悟空”號(hào)是世界上迄今為止觀測能段范圍最寬、能量分辨率最優(yōu)的空間宇宙線探測器,也是我國第一顆空間天文衛(wèi)星。它平均每秒就能“捕捉”60個(gè)高能粒子,可以對(duì)GeV到數(shù)十TeV量級(jí)之間的電子、伽馬射線等宇宙線粒子進(jìn)行測量。
這是什么概念?1GeV是10億電子伏特,1TeV是1000GeV,即1萬億電子伏特。而人眼所能接收到最敏感的可見光能量,僅僅約為2電子伏特。
飛行6年多,“悟空”號(hào)已經(jīng)完成全天區(qū)掃描超過11次,獲取了百億個(gè)高能宇宙射線事件。每天清晨和傍晚,這只“孫猴子”都會(huì)飛過中國的上空。位于北京密云、新疆喀什和海南三亞等處的接收站每天接收著“悟空”號(hào)傳回的數(shù)據(jù),透過這些數(shù)據(jù),暗物質(zhì)的面紗已陸續(xù)被揭開……
2021年5月,“悟空”號(hào)團(tuán)隊(duì)繪出迄今最精確的高能氦核宇宙線能譜,并觀測到能譜新結(jié)構(gòu)。這是“悟空”號(hào)繼精確測量電子能譜、繪制高能質(zhì)子宇宙線能譜后,第三次發(fā)布重要科學(xué)結(jié)果,標(biāo)志著我國空間高能粒子探測已躋身世界最前列!
國際物理學(xué)界普遍認(rèn)為,揭開暗物質(zhì)之謎,將是繼日心說、萬有引力定律、相對(duì)論及量子力學(xué)之后的又一次基礎(chǔ)科學(xué)變革。
踏入暗物質(zhì)探測競賽的前沿,中國科學(xué)家們相信,借助“悟空”“火眼金睛”的廣大神通,我們將可以窺見嶄新的宇宙面貌,離逮住那“看不見摸不著”的暗物質(zhì),也許不遠(yuǎn)了!
(本報(bào)記者 楊舒)
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