“悟空”號(hào)暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星

楊舒

距離地面500公里左右的太陽(yáng)同步軌道上，來(lái)自中國(guó)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(cè)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(cè)，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(cè)下，猶如“隱身”。

不過(guò)，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(cè)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”一次次發(fā)布的寶貴數(shù)據(jù)令世界矚目，推動(dòng)著人類對(duì)宇宙的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。

這只“孫猴子”到底長(zhǎng)什么樣？

這顆由中國(guó)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(wàn)路電子學(xué)信道。從上到下，“悟空”裝備有四大探測(cè)器：塑閃陣列探測(cè)器、硅陣列徑跡探測(cè)器、BGO（鍺酸鉍）量能器和中子探測(cè)器。其中，BGO量能器包含300多根60厘米長(zhǎng)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(cè)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(guó)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(cè)能段范圍最寬、能量分辨率最優(yōu)的空間宇宙線探測(cè)器，也是我國(guó)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(cè)量。

這是什么概念？1GeV是10億電子伏特，1TeV是1000GeV，即1萬(wàn)億電子伏特。而人眼所能接收到的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(guò)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(guò)中國(guó)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(guò)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(cè)到能譜新結(jié)構(gòu)。這是“悟空”號(hào)繼精確測(cè)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(guó)空間高能粒子探測(cè)已躋身世界最前列！

國(guó)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(shuō)、萬(wàn)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(cè)競(jìng)賽的前沿，中國(guó)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！

（選自2022年2月22日《光明日?qǐng)?bào)》，本刊有刪改）