“悟空”可能首次看见暗物质

<正>中国暗物质粒子探测卫星"悟空"首次直接测量到目前世界上最精确的高能电子宇宙线能谱。而其中的数据表明,宇宙空间中存在着"质量为1.4万亿电子伏左右的新物理粒子"。科学家推测,它可能就是人们长期以来寻找的暗物质!2015年12月17日"悟空号"成功发射,在轨运行的前530天共采集了约28亿颗高能宇宙射线,其中包含约150万颗25GeV     

借我一双“火眼金睛”

正暗物质,这个看不见也摸不着的宇宙中"缺失质量"至今无法被直接证实,对于这片"物理学天空中的乌云",国际科学界一直执着探寻。英国《自然》杂志2017年11月29日在线发表报告说,基于中国暗物质粒子探测卫星"悟空"收集的数据,中国科研团队获取了目前国际上在万亿电子伏特能段精度最高的电子宇宙射线探测结果,有助于进一步捕捉暗物质存在的"蛛丝马     

暗物质粒子探测卫星研究进展

天文观测表明,宇宙中广泛存在暗物质,其丰度是普通物质的5倍,占宇宙总能量份额的约1/4.自20世纪30年代天文学家通过引力观测发现暗物质以来,经过近百年的探索,其物理本质至今仍然不为我们所知.另一个世纪谜题是高能宇宙射线的起源、加速和传播.暗物质的本质和宇宙射线的起源位列美国国家研究委员会(National Research Council)遴选出的21世纪11个宇宙物理学重大科学问题之列.探测暗物质粒子也是世界各国竞争异常激烈的科技热点.我国发射的暗物质粒子探测卫星,其主要的科学目标即通过精确观测高能宇宙射线电子和伽马射线来间接探测暗物质粒子.作为一个高能粒子探测器,暗物质粒子探测卫星观测数据也可用于宇宙射线物理和相关天体物理研究.基于暗物质粒子探测卫星的数据,我们得到了对宇宙射线电子和质子能谱的最为精确的测量,揭示了能谱上的新结构,为限制暗物质粒子属性和理解宇宙射线起源提供了重要数据.暗物质粒子探测卫星还探测到约250个伽马射线点源以及银河系弥散伽马射线辐射.本文综述了暗物质粒子探测卫星的设计、运行和数据分析进展.     

什么是暗物质?

虽然暗物质的存在已经得到了大量的天文观测的支持,但暗物质的属性是什么仍然是个未解之谜.近期暗物质探测的实验和理论研究均取得了长足的进展.本文从暗物质问题的提出讲起,介绍了暗物质的基本特点和可能的粒子物理候选者,之后详细介绍了暗物质研究的最新进展.(1)暗物质研究的早期历史.从星系旋转曲线、引力透镜、微波背景辐射等方面介绍了暗物质的观测证据,特别是暗物质丰度起源的标准热退耦理论机制和典型的暗物质粒子候选者,如弱相互作用有质量粒子等.(2)暗物质粒子的实验探测的基本原理和手段,如地下直接探测和空间间接探测等.重点综述了近期实验研究的进展.在地下直接探测方面综述了10 Ge V以下轻质量暗物质的探测实验:Super CDMS(super cryogenic dark matter search),CDEX(China dark matter experiment)等,以及大质量暗物质探测中的液氩探测器Dark Side等.(3)暗物质未来的碰撞方向性探测实验,如DRIFT(directional recoil identification from tracks),MIMAC(MIcro-tpc MAtrix of Chambers)等.在空间间接探测方面介绍暗物质湮灭到宇宙线粒子中涉及到的宇宙线粒子产生和传播的基本理论.(4)已有的实验,如Fermi-LAT(Fermi large area telescope)和AMS(Alpha magnetic spectrometer)-02在高能宇宙线电子和核子方面已经取得的成果,特别是近期DAMPE(dark matter particle explorer)卫星实验的首个结果中看到的正负电子总流强中的新现象和疑似反常现象以及AMS-02的反质子结果对暗物质搜寻的影响.展望了未来在反核子,如反氘和反氦方面可能取得的结果及其对暗物质研究的重要性.     

中国暗物质实验(CDEX)合作组研究进展

暗物质是当今物理学最基本也是最吸引人的前沿研究课题之一,对认识宇宙起源、演变和结构以及物质的本源等基本科学问题具有十分重要的意义.暗物质的理论研究和实验探测经过几十年的积累和发展已经取得了长远的进步.实验上有多种方法可以进行暗物质粒子的探测,直接探测是一种非常重要的手段.本文评述了暗物质直接探测方法的原理和当今国际国内采用直接探测法的不同实验的研究现状,着重介绍了中国暗物质实验(China Dark matter Experiment,CDEX)合作组的研究历程、探测技术和数据分析方法、以及研究取得的重要成果和未来规划.     

暗物质的天文证据

<正>此时"悟空"号卫星正在天上一刻不停地找寻暗物质,但是在20世纪的很长一段时间里,人们并没有证据证明暗物质的存在。常言道,"眼见为实",那么,科学家凭什么认为不可见的暗物质是存在的呢?称量天体系统的质量测量遥远天体的质量是一件不容易的事。19世纪以来,天文学家们一直在做着这方面的尝试,所基于的原理是牛顿万有引力定律和牛顿第二定律,即通过观察天体的运动来推断天体的质量。     

“悟空”又来闹天宫

<正>《西游记》中的孙悟空是人们最熟悉的文学形象之一,他的聪明伶俐与超凡能力,赢得了各国读者特别是孩子们的喜爱。"大闹天宫"、勇斗天神玉帝的精彩情节,更是让人难以忘怀;"悟空"号卫星则肩负着人类庄严的使命,飞越茫茫宇宙,准备捕获神秘的暗物质,彰显着人类探索宇宙的雄心与智慧。悟空者,非只佛徒名号,乃悟透天空者也。     

月球探测进展与我国的探月行动(下)

月球探测是中国的航天事业在卫星应用和载人航天取得历史性成就的基础上向深空探测领域迈出的第一步.本文详细回顾了人类探测月球的历程与探测成果、21世纪初月球探测的发展趋势与前景;介绍了我国月球探测的发展战略和各阶段科学目标,尤其是正在实施的"嫦娥一号"绕月探测工程的科学目标.     

月球探测进展与我国的探月行动(上)

月球探测是中国的航天事业在卫星应用和载人航天取得历史性成就的基础上向深空探测领域迈出的第一步.本文详细回顾了人类探测月球的历程与探测成果、21世纪初月球探测的发展趋势与前景;介绍了我国月球探测的发展战略和各阶段科学目标,尤其是正在实施的"嫦娥一号"绕月探测工程的科学目标.(编者按:由于本文篇幅较长,故分两次刊发)     

美丽的中国“双星”

2003年12月30日,我国"地球空间双星探测计划"(简称双星计划)的第一颗卫星--探测1号卫星(又叫"赤道卫星")发射升空,发射获得圆满成功.     

嫦娥一号的奔月日记

北京时间2007年10月24日18时05分，长征三号甲火箭托举着我国第一颗月球探测卫星——嫦娥一号在西昌卫星发射中心，从三号甲塔架点火发射。11月5日上午11时，嫦娥一号顺利被月球“捕获”成为一颗绕月卫星。在经过三次近月制动后，嫦娥一号进入开展科学探测的工程轨道，随后将进行为期一年的对越科学探测。这是探月三部曲的第一步，也是中国空间探测历史上的新的里程碑。本文介绍了嫦娥一号从发射到2007年11月26日的每一次重要事件。     

中国暗物质与暗能量研究5～10年展望

暗物质和暗能量的研究是当前基础物理研究最前沿的方向之一,突破性的重要进展将极大促进我们对物质世界的微观结构以及宇宙演化的理解.国际上对暗物质及暗能量的研究都极为重视,美国和欧洲多国都为其进行了详细周密的规划,开展了一系列的相关项目投资.国内也将这方面的研究纳入了中长期规划,并认为其很可能在不久的将来实现革命性的突破.在过去的几年内,我国在暗物质直接探测方面实现了长足的进步,探测结果的灵敏度达到世界先进水平.在2015年7月的香山科学会议上,一批从事这方面科研以及一批感兴趣的科学家讨论了未来5~10年我国在暗物质暗能量研究方面可能的规划和布局,建议依托锦屏地下实验室进行更大规模的暗物质直接探测实验,并开展卫星暗物质间接探测实验,力争在暗物质研究方面达到世界领先水平.同时建议在西藏阿里地区进行宇宙微波背景辐射观测,并通过空间站和地面望远镜进行深空巡天观测,从而实现对暗能量的深入研究.     

“嫦娥二号”探月卫星有望在2011年前发射

我国科学家利用“嫦娥一号”卫星绕月飞行一年间探测到的科学数据，已经获得多项成果。作为“嫦娥一号”的姐妹星——“嫦娥二号”卫星也处在正样研制阶段．预计将在2011年前发射。     

宇宙开发的新视点——太空太阳能

2007年11月7日,"嫦娥一号"卫星正式进入绕月科学探测工作轨道。到目前为止,我们的空间科研开发都是围绕在较低的空间轨道上     

嫦娥一号的初步科学成果

嫦娥一号卫星是中国发射的第一个月球轨道探测器,是中国月球探测工程“绕”、“落”、“回”发展战略的第一步。嫦娥一号卫星于２００７年１０月２４日在西昌卫星发射中心成功发射,２００９年３月１日受控落月于东经５２．３６度、南纬１．５０度的丰富海区域,在轨运行４９５天,比预期一年的工作寿命延长４个多月,一共取得了１．３７TB的原始科学探测数据。通过对这些科学探测数据的初步分析和应用研究,已经获得了包括“中国首次月球探测工程全月球影像图”等在内的一系列科学成果,为推动中国月球科学和天体化学的研究和后续月球探测工程的开展奠定了重要基础。     

暗物质粒子发现在即?

暗物质的性质是宇宙学、粒子物理学和引力的核心问题之一,它或许是由宇宙早期产生的不为人知的粒子所组成（针对这些粒子的探测以及相关技术的研发目前取得了长足的进步）。在下一个10年里,来自于直接探测、大型强子对撞机和γ射线大视场空间望远镜的探测结果,将开启人们真正了解暗物质的大门。     

我国首颗探日卫星“羲和号”发射成功

<正>近期,我国在太原卫星发射中心采用长征二号丁运载火箭,成功发射首颗太阳探测科学技术试验卫星"羲和号"。该星将实现国际首次太阳Hα波段光谱成像的空间探测,填补太阳爆发源区高质量观测数据的空白,提高我国在太阳物理领域的研究能力,对我国空间科学探测及卫星技术发展具有重要意义。     

带电荷的暗物质候选者

多年来,天体物理学家们认为电中性的弱作用大质量粒子（weakly interacting massive particles,WIMPs）是最信得过的暗物质候选者,它们只通过引力与普通物质起作用。对于带有电荷的大质量粒子（charged massive particles,CAHAPs）也曾有人建议将它们列为暗物质候选者,但在位于地下废矿井内的一些粒子探测装置未探测到这类暗物质粒子的任何征兆后,十多年前,科学家们就中止了对它们的研究。     

"嫦娥一号"奔月拉开我国探月大幕

2007年10月24日,我国自行研制的第一颗月球探测卫星--"嫦娥一号"由"长征三号甲"火箭成功发射升空并进入预定轨道,成为神州大地上又一举世瞩目的大事.     

PandaX实验介绍和进展

Panda X是一个利用惰性元素"氙"作为探测介质进行粒子及天体物理稀有事件探测的大型实验装置.Panda X的一期和二期实验主要利用"二相型氙"时间投影室技术来进行弱相互作用暗物质粒子的直接探测.其中一期实验使用了120 kg氙,目标是在低质量暗物质区域检验以往其他实验所发现的疑似信号.一期实验的结果不支持这些疑似信号,并对10 Ge V/c2以下质量的暗物质性质给出了严格的限制.二期实验升级后的探测器使用了500 kg的氙.二期实验目前正在进行调试和试运行,它将在2015年末正式开始数据采集.Panda X第三期实验将采用高压的富氙-136(90%富集度)气体探测器进行无中微子双贝塔衰变探测,以研究中微子的本质.三期实验正在进行概念设计和原型测试.