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暗物質探測標注創新腳步

業界 | 2022-05-07 10:32:19
時間:2022-05-07 10:32:19   /   來源: 人民日報      /   點擊數:()

【現象】在四川錦屏山隧道地下2400米深處的實驗室,科研人員在不間斷運行的儀器旁凝神尋找暗物質的蹤跡;在離地面500公里的軌道上,我國暗物質粒子探測衛星“悟空”號以約每95分鐘繞行地球一周的速度,一刻不停地搜集著宇宙射線的信息,試圖從中捕捉關于暗物質的蛛絲馬跡。“上天入地”的國之重器,彰顯著我們探索未知宇宙的不懈努力。

【點評】暗物質和暗能量一道,常被稱作21世紀物理學天空上的“兩朵烏云”。從20世紀30年代開始,就有天文學家意識到暗物質的存在??茖W家們認為,暗物質雖然不發光也不反射光,卻和物質一樣有質量和引力,并且數量非常龐大,由此才確保了星系團中的眾多星系在高速運動狀態下沒有逃逸散開。尋找和認識暗物質,對于理解宇宙形成、探索宇宙本源以及基礎物理研究具有重要意義。

暗物質看不見摸不著,如何探測其存在?目前,主要有3種探測方法:到茫茫太空,“捕捉”暗物質粒子湮滅或衰變后的痕跡;在地下布好“靶子”,等待暗物質粒子撞擊留下相關“信號”;利用加速器,將暗物質粒子“創造”出來。這3種方法也被形象地比喻成“上天”“入地”和“人造暗物質”。

同許多前沿領域一樣,暗物質研究依賴高精尖的實驗設備。為早日揭開暗物質的真面目,包括我國在內的多個國家啟動了實驗探測計劃。2010年投入使用的錦屏地下實驗室采用的是第二種方法。在這里,層疊的巖石屏蔽了大部分宇宙射線產生的干擾信號,使得暗物質粒子穿過探測器與原子核相撞時更容易被發現。我國2015年發射的首顆空間科學衛星“悟空”號則屬于“上天”,相當于在宇宙中放置了一臺除去大氣層面紗的“超高清望遠鏡”,科學家們試圖從中尋找并分析暗物質自身衰變或者相互碰撞時可能會產生的可見粒子。截至目前,錦屏地下實驗室已經在不同暗物質模型下取得了一系列國際先進成果,“悟空”號記錄了上百億個高能宇宙射線事件,在暗物質直接和間接探測上提供了大量線索。

太空探索是科技進步的催化劑,而現代科技的日新月異,也為我們了解宇宙奧秘提供了更多“探針”。錦屏地下實驗室是目前全球巖石覆蓋最深、宇宙線通量最小的地下實驗室,依托的是在高山深谷間穿梭的超級工程建造能力;“悟空”號只有一米見方,內部卻集成了近8萬路電子學信道,是迄今為止世界上觀測能段范圍最寬、能量分辨率最優的空間探測器,代表著中國最高超的制造工藝。從馳而不息的錦屏地下實驗室,到超期服役的“悟空”號,再到明年計劃發射的大型空間巡天望遠鏡,這些國之重器見證著我國暗物質探測的不斷進步,也為科技創新寫下生動注腳。

人類觀測宇宙已有數千年歷史,好奇心和想象力不曾褪色。雖然直到現在,人類對于暗物質依然了解甚微,甚至還沒有找到其存在的直接證據,但人類在深空探測領域邁出的每一小步,都可能為最終解開謎底創造機會。探索永不止步,未來就有無限可能。(尚凱元

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