暗物质探测标注创新脚步

业界 | 2022-05-07 10:32:19
时间:2022-05-07 10:32:19   /   来源: 人民日报      /   点击数:()

【现象】在四川锦屏山隧道地下2400米深处的实验室,科研人员在不间断运行的仪器旁凝神寻找暗物质的踪迹;在离地面500公里的轨道上,我国暗物质粒子探测卫星“悟空”号以约每95分钟绕行地球一周的速度,一刻不停地搜集着宇宙射线的信息,试图从中捕捉关于暗物质的蛛丝马迹。“上天入地”的国之重器,彰显着我们探索未知宇宙的不懈努力。

【点评】暗物质和暗能量一道,常被称作21世纪物理学天空上的“两朵乌云”。从20世纪30年代开始,就有天文学家意识到暗物质的存在。科学家们认为,暗物质虽然不发光也不反射光,却和物质一样有质量和引力,并且数量非常庞大,由此才确保了星系团中的众多星系在高速运动状态下没有逃逸散开。寻找和认识暗物质,对于理解宇宙形成、探索宇宙本源以及基础物理研究具有重要意义。

暗物质看不见摸不着,如何探测其存在?目前,主要有3种探测方法:到茫茫太空,“捕捉”暗物质粒子湮灭或衰变后的痕迹;在地下布好“靶子”,等待暗物质粒子撞击留下相关“信号”;利用加速器,将暗物质粒子“创造”出来。这3种方法也被形象地比喻成“上天”“入地”和“人造暗物质”。

同许多前沿领域一样,暗物质研究依赖高精尖的实验设备。为早日揭开暗物质的真面目,包括我国在内的多个国家启动了实验探测计划。2010年投入使用的锦屏地下实验室采用的是第二种方法。在这里,层叠的岩石屏蔽了大部分宇宙射线产生的干扰信号,使得暗物质粒子穿过探测器与原子核相撞时更容易被发现。我国2015年发射的首颗空间科学卫星“悟空”号则属于“上天”,相当于在宇宙中放置了一台除去大气层面纱的“超高清望远镜”,科学家们试图从中寻找并分析暗物质自身衰变或者相互碰撞时可能会产生的可见粒子。截至目前,锦屏地下实验室已经在不同暗物质模型下取得了一系列国际先进成果,“悟空”号记录了上百亿个高能宇宙射线事件,在暗物质直接和间接探测上提供了大量线索。

太空探索是科技进步的催化剂,而现代科技的日新月异,也为我们了解宇宙奥秘提供了更多“探针”。锦屏地下实验室是目前全球岩石覆盖最深、宇宙线通量最小的地下实验室,依托的是在高山深谷间穿梭的超级工程建造能力;“悟空”号只有一米见方,内部却集成了近8万路电子学信道,是迄今为止世界上观测能段范围最宽、能量分辨率最优的空间探测器,代表着中国最高超的制造工艺。从驰而不息的锦屏地下实验室,到超期服役的“悟空”号,再到明年计划发射的大型空间巡天望远镜,这些国之重器见证着我国暗物质探测的不断进步,也为科技创新写下生动注脚。

人类观测宇宙已有数千年历史,好奇心和想象力不曾褪色。虽然直到现在,人类对于暗物质依然了解甚微,甚至还没有找到其存在的直接证据,但人类在深空探测领域迈出的每一小步,都可能为最终解开谜底创造机会。探索永不止步,未来就有无限可能。(尚凯元

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