“悟空”为什么“能”？

小五

中国暗物质粒子探测卫星“悟空”于北京时间30日正式公布首批重要科学成果。这只来自中国的“顽猴”出手不凡，仅两年的观测结果就发现了前所未有的现象，或有望揭开暗物质的神秘面纱。

　　“悟空”究竟“能”在哪？此次发现是否合乎当初的科研目标？有可能取得的成果将会是何种级别……暗物质卫星科研团队为公众分析首批科学成果的三宗“最”。

　　最“经济适用”的卫星

　　花费小、本领大，看得清、测得准。谈到2015年底发射的暗物质卫星“悟空”，专家一致给予“性价比”很高的评价。

　　天文学家发现，银河系外围恒星围绕银河系中心旋转的速度“太快”，因此，在银河系中除了可见物质之外，一定还有其他看不见的物质，他们合在一起的引力“拉着”这些天体，使其不至于由于速度过高而飞离银河系。为此所做的计算表明，这些看不见的物质总量是普通物质的5倍以上，它们就是“暗物质”。

　　“悟空”在太空中的任务，就是通过间接方法，捕捉暗物质湮灭、衰变的蛛丝马迹。在这一方面，造价数亿至数十亿美元的费米卫星、阿尔法磁谱仪目标类似，但“悟空”项目耗资不到1亿美元，堪称“经济适用”的典范。

　　虽然花钱少，但本领一点不打折。卫星首席科学家常进介绍，“悟空”在同类设备中拥有工作能段最高、能量分辨率最高、粒子鉴别本领最强3项“绝技”。

　　“‘悟空’具有百万选一不出错、同时看100万倍能量范围的能力。说‘火眼金睛’一点也不为过。”常进说。

　　最“意外”的发现

　　“悟空”降妖伏魔，源于两次“意外”。

　　1997年，美国宇航局在南极开展南极长周期气球项目ATIC，主要目标是观测高能宇宙射线，电子、伽马射线本不在观测之列。

　　“这是个机会！”常进意识到，美国选择的南极，是地球上观测高能电子独一无二的窗口。他一遍遍给南极项目负责人发邮件，阐述自己的观测构想。

　　经过一年多验算、证明，这一最初被认为“疯狂”的计划最终得到支持。此后7年，常进3次参与南极观测，在3000多万个宇宙线粒子里成功找到210个超出正常能谱的高能电子。2008年，以常进为第一作者的论文在《自然》杂志发表。在文中，常进论述了电子“超出”可能来自暗物质湮灭，“搭便车”的研究最终获得了国际瞩目的成就。

　　第二次“意外”出现在“悟空”上天后。卫星科学应用系统副总师范一中说，本来所有的注意力都放在以前实验结果中的“超出”能段，谁也没想到，在更高的1.4TeV能量处，会再发现异于正常能谱的“奇异”电子。

　　“这可能会是‘悟空号’最重要的发现。科学就是这样，无心插柳、种瓜得豆，你永远不知道下一秒会有什么惊喜。”范一中说。

　　最令人期待的成果

　　“从未预想的成果”“激动人心的发现”……对于此次公布的“悟空”成果，《自然》中国区总监印格致毫不吝惜地给予了极高评价。

　　虽然目前积累的粒子数量还不足以确证“发现”，“悟空”在1.4TeV处捕捉的“奇异”电子，依然引起了物理学者的强烈关注。

　　2013年，欧洲核子中心确认发现被誉为“上帝粒子”的希格斯玻色子。物理学标准模型61种基本粒子的最后一块拼图归位。但这并不是宇宙的最终答案。功德圆满的模型如果不能突破，也意味着对宇宙新知的探索即将步入一片沙漠。

　　范一中说，1.4TeV能量处的“奇异”电子信号如果得到确认，将超出常规天文模型的解释范畴，要么来自暗物质湮灭，要么来自宇宙中某种奇特的“新型加速器”。

　　“现在看来，最有可能的解释是来源于暗物质。”中科院院士吴岳良说。

　　“粒子物理领域已经进入下半场，希望‘悟空’能够得分。按照目前的进度，我们的第二批科学成果预计将在明年底发表。”常进说。