斗战胜佛又得新“功果”
2017/11/30 中国科学院北京综合研究中心

    

     今天小编来给大家讲一讲斗战胜佛孙悟空的故事，不过咱们既不从花果山的石头开讲，也不从东土大唐开讲，而是从一个大家都熟悉的外国老爷子开始讲起。

    

     1915年，爱因斯坦根据相对论得出推论：宇宙的形状取决于宇宙质量的多少，并认为宇宙是有限封闭的。如果是这样，那么宇宙中物质的平均密度必须达到每立方厘米5×10的负30次方克。但是，迄今可观测到的宇宙密度，却比这个值小100倍。也就是说，宇宙中的大多数物质“失踪”了。

     1930年代，物理学家Zwicky在分析后发星系团的星系运动速度时发现，它们的运动速度太快了，可观测物质的质量无法解释这么快的速度，于是他认为存在一种不明物质，其质量约为可观测物质的10倍，由于这种物质无法被看见，因此被称为“暗物质”，根据物理学界惯常的“谁起名谁当爹”的原则，Zwicky成了暗物质之父。

    

     所谓暗物质(Dark Matter)是一种比电子和光子还要小的物质，不带电荷，不与电子发生干扰，能够穿越电磁波和引力场，是宇宙的重要组成部分。暗物质的密度非常小，但是数量庞大，因此它的总质量很大，它们代表了宇宙中26%的物质含量，其中人类可见的只占宇宙总物质量约5%。虽然暗物质能干扰星体发出的光波或引力，其存在能被明显地感受到，但是却无法被观测到，因此，虽然科学家早就认为宇宙中存在暗物质，但却一直缺乏直观的证据。

     直到2006年，美国天文学家在利用钱德拉X射线望远镜对星系团1E 0657-56进行观测的过程中，无意间观测到星系碰撞的过程，星系团碰撞威力之猛，使得黑暗物质与正常物质分开，因此发现了暗物质存在的直接证据。此后，2009年12月21日，科学家在Souden煤矿中发现暗物质，这是迄今为止最有力的发现暗物质证据。从此，探测和研究暗物质成为了全球关注的热点，人们热切的盼望着这场随时可能到来的物理学界的新革命。

    

     虽然暗物质不容易被观测，但是科学家们仍然想了很多办法来寻找暗物质。第一种比较残暴，主要的方法就是模拟宇宙大爆炸，让粒子加速加速再加速，然后“撞”在一起，看看能撞出什么东西来。

    

     第二种方法比较被动，就是躲在地下“监听”，由于暗物质和普通物质有可能会发生碰撞，在碰撞的过程中会发出一些微弱的信号，为了防止这些信号被宇宙射线干扰，科学家就深挖坑，把“监听”设备放在坑底进行监测。2010年12月12日，中国建成并投运了首个极深地下实验室——“中国锦屏地下实验室”，这个全球岩石覆盖最深的实验室的垂直岩石覆盖达2400米。它的建成标志着中国已经拥有了世界一流的洁净的低辐射研究平台，能够自主开展像暗物质探测这样的国际最前沿的基础研究课题。

    

     第三种方法则是主动出击，暗物质在哪里最多？在宇宙中啊，暗物质虽然观测不到，但是暗物质粒子的湮灭或者衰变都会发射出宇宙射线，而这些宇宙射线是可以捕捉到的，因此，向太空发射暗物质探测器去搜寻这些射线就可以找到暗物质了。

     2015年12月17日，由中科院自主研发的中国首颗暗物质探测卫星(DAMPE)发射升空，开启了中国人在外太空求取真经的新旅程，科学家们还给这颗卫星起了一个拉风的名字“悟空”。这个悟空可不是人造的“六耳猕猴”，而是神通广大的真猴王，DAMPE可以以前所未有的灵敏度和能量范围探测电子，光子和宇宙射线(质子和重离子)。对于电子和光子，探测范围是5GeV-10TeV，在800GeV的能量分辨率为1%。对于宇宙射线，探测范围为100GeV-100TeV能区，在800GeV的能量分辨率优于40%。对于电子和光子，几何因子是约0.3 mSR，对于宇宙射线大约0.2 mSR。100 GeV的角分辨率为0.1°，是真正的火眼金睛，除了长得稍微有点“方”，其他都堪称完美。

    

     与悟空西行20多年才取得真经不同，这次斗战胜佛出发不到2年，就带回来一个震动国际学界的好消息：11月30日，Nature在线发表了“悟空”的首批成果：发现太空中的反常电子信号。电子宇宙射线的正常能谱变化应是一条平滑曲线。根据“悟空”积累的观测数据，科学家们发现在1.4万亿电子伏特(TeV)的超高能谱段突然出现剧烈波动，反映在图上是一个“尖峰”。 中科院院士吴岳良分析，从目前数据分析看，这些“奇异”电子信号可能有两个来源，要么来自暗物质湮灭，要么来自超新星遗迹或是脉冲星。“从目前来看，来自前者的可能性似乎更有说服力。”

    

     看到这里，读者可能会问了，找到暗物质固然好，但是找到了暗物质能做什么呢？

    

     在这里小编必须耿直的说一句：不知道!不仅小编不知道，科学家们也不是太清楚。然而哥白尼发现日心说的时候，不知道这能干啥；牛顿发现万有引力的时候，也不知道这能干啥；爱因斯坦发现相对论的时候，还是不知道这能干啥；但是我们人类就是踏着这些不知道应该干点啥的学说理论一点一点的由蛮荒变得文明，从蒙昧变得理性。

    

     甚至有时候，对于西天取经的人来说，取到经并不那么重要，取经的过程已经足以让人立地成佛了。

    

     本期编辑：冯凯悦

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