(文章由中国科学院官方科普公众号“科学大院”根据暗物质粒子探测卫星首席科学家、中国科学院紫金山天文台常进研究员在暗物质粒子探测卫星“悟空”首批科学成果新闻发布会上的报告整理而成。)

很高兴在这儿向大家汇报一下暗物质粒子探测卫星、探测器的工作情况,以及目前首批成果的情况。

暗物质粒子探测卫星是中国科学院战略先导专项空间科学的第一颗首发星。有几十个研究单位参加了工作,这里列出了与探测器相关的工作单位。

在整个工程的研究阶段,有超过200个科学家和工程师参与。目前,有超过80个科学家在参与数据分析。

为什么要寻找暗物质?

现在地面和空间的大量观测表明,我们宇宙最主要的部分是暗物质和暗能量,人类只弄清了宇宙的百分之五。

当今宇宙的组分

根据天文观测表明,暗物质没有强相互作用,也没有电磁相互作用,这意味着它既不发光,也不反射光,也不吸收光,通过光学原理你找不到它。相互作用很微弱,暗物质是可见物质的五倍,长寿命、质量大,把暗物质的物理性质和标准模型里面的所有基本粒子相匹配,发现没有一个基本粒子能符合暗物质的物理性质。

标准模型中的所有基本粒子与暗物质粒子性质均不吻合

这就意味着,如果找到了暗物质粒子,肯定会超出标准模型,导致物理学发生巨变,这就是暗物质探测意义这么重大的主要原因。

如何寻找暗物质?

国际上,已经在暗物质探测方面耗资数百亿美元。探测方式包括在加速器上探测暗物质粒子,在地下直接探测暗物质粒子,和在天上间接探测暗物质粒子。

探测暗物质粒子的三种方法

我们的暗物质粒子探测卫星属于空间间接探测暗物质粒子,主要是到空间去探测暗物质的物理性质,弄清楚它的物理本质。

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,可以探测看不见的暗物质粒子,叫间接探测法。

由于暗物质粒子湮灭或者衰变时产生的信号很微弱,所以我们需要一个高能量分辨、高空间分辨、高统计量、低本底的高能粒子望远镜,也就是说要“看得清、测得准”。

我们的团队在暗物质探测方面已经有20年的历史:1998年开始提出科学目标,1999年开始在加速器上验证我们的实验方法,2000年开始花了10年时间解决了所有的关键技术,2011年开始花了四年时间研制了一颗卫星,目前这颗卫星在天上已经工作两年。