作者:喻菲 来源:新华社 发布时间:2016/2/2 10:20:41
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追捕暗物质的“刀客”特写:或已瞥见幽灵

 

新华社北京2月1日电 题:追捕暗物质的“刀客”

新华社记者 喻菲

这是一群特殊的“刀客”,在宇宙的黑暗森林中追捕特殊的猎物:暗物质。只是他们还不知道猎物长什么样,何时何地会出现。

2015年12月17日升空的暗物质粒子探测卫星“悟空”从500公里外太空发来的信息,正源源不断传入紫金山天文台的计算机中。那一串串数字,弯弯曲曲的图形里,就隐藏着“刀客”追捕的猎物。

“森林里一定有猎物,但能不能抓到,逮到的是狗熊还是兔子,现在还不确定。”暗物质卫星首席科学家、中科院紫金山天文台副台长常进这样形容对宇宙中失踪物质的寻觅。

科学家发现,宇宙的绝大部分质量是人类不可见的,他们把这种谜一样的存在称为暗物质。揭开暗物质之谜将是继万有引力定律、相对论及量子力学之后的又一次重大科学突破。

宇宙把它的秘密隐藏得很好。追捕暗物质的“刀客”需要一把“好刀”。科学家把“悟空”,这枚世界上迄今为止观测能段范围最宽、能量分辨率最优的空间探测器,比喻为一把好刀,希望通过它探寻到宇宙“幽灵”留下的蛛丝马迹。

“天下武功唯快不破,探测器越灵敏越有可能有发现。”常进说。

戴眼镜的常进,文质彬彬,对想采访他的记者,总是像暗物质一样“隐藏”起来。而在熟识的人面前,他会不时用江苏泰兴老家的口音讲笑话,把人逗得哈哈大笑。

卫星从酒泉卫星发射中心升空后,常进马不停蹄赶到西安、北京怀柔的测控中心。卫星正式向地面传回科学数据的那一天,他发着烧忙碌着。赶回南京后,他把沉浸在成功喜悦中的团队成员训了一通。“还没到享受成功的时候。卫星探测器是成功了,但科学家的任务还没完成。”

他担心着卫星上近八万个小探测器每一个是否都在完美工作,数据是否可靠,计算机的计算存储能力是否够用……

尽管“悟空”的研制费用仅为同类的美国费米卫星和阿尔法磁谱仪的1/7和1/20,但常进经常说,卫星花了这么多钱,要对得起国家。

或许他已瞥见“幽灵”

常进1992年从中国科技大学研究生毕业到紫台工作。寻找研究方向的他意识到,高能电子、伽马射线是人类观测宇宙的空白。但观测宇宙高能电子需要借助造价昂贵的高性能设备。那时中国还没有财力在基础研究领域有大量投入。

“国家没钱,我们必须在方法上有创新。”常进提出了独特的空间观测高能电子和伽马射线的方法,不需要那么精细的设备,大大减少了仪器的费用。

1998年他听说美国将在南极开展的名为ATIC的科考项目中。他努力说服美国科学家在这一项目中增加对高能电子和伽马射线的观测。2000年底至2001年初,像足球场一样大的ATIC气球在南极升空,在离地面37公里的高空完成了人类对高能电子的首次观测。

在数据分析中,常进发现了奇异的现象:高能电子流量远远超出了模型预计的流量。常进将观测结果与暗物质理论预言的粒子模型相验证,发现两者基本吻合,从而推断这种异常来自暗物质粒子的湮灭。

此后几年,常进与合作者不断改进设备和方法,又在南极进行了3次观测。为了寻找异常之后的真相,常进陷入近10年无休止的数据分析。他的夫人发现,回到家的常进时常神情恍惚,嘴里嘀咕着一些听不懂的数字。突然有个想法,他就马上跑到实验室编个程序演算。

ATIC发现的异常是否来自暗物质,还不能排除其他天体的干扰。气球飞得再高,只要在大气层内,高能粒子与大气碰撞就会产生大量“噪音”。要想看得更清楚,必须到太空去探测。

2002年,常进第一份有关太空探测暗物质的报告提交到有关部门,但石沉大海。2003年他再次申请,依然没有成功。

这些年,常进还参与了载人航天和探月工程,他带领的团队对神舟系列飞船、嫦娥系列卫星的载荷研发做出过重要贡献,多次获得国家科技进步奖。

赢得无数奖状和掌声的同时,对太空探测暗物质的努力却耐受着寂寞。

但常进坚信不成功并不意味他的方法不行。他做了无数次计算和试验,不断改进技术细节。

2008年,常进作为第一作者在Nature上发表文章,介绍了有关宇宙高能电子异常的发现。这一发现被美国物理协会和欧洲物理协会评为当年世界物理学领域的重大研究进展。评论普遍认为,该观测如果被证实,将是人类第一次发现暗物质粒子湮灭的证据。这引发了一轮国际探索暗物质的热潮。

2011年中科院受国务院委托,组织实施空间科学先导专项,发展中国的科学卫星。暗物质粒子探测卫星被列为其中之一。

常进实现梦想的机会终于来了。

“我只是一名普通的研究人员,机会好才得到这个项目,必须珍惜。”常进说,“我最好奇天上有什么奇奇怪怪的东西。科学试验就像一个复杂的游戏,很有趣。但更有趣的是,怎样才能把那么多厉害的人团结在一起做一件事。空间科学项目是多么复杂,一个人的作用是有限的,要靠集体的力量。”

验证“刀客”造出了“好刀”

手机短信一响,藏京京就紧张地抓起来看。

这位暗物质卫星高级数据产品处理分系统主任设计师的手机,可自动接收紫金山天文台机房的监控报警短信。

自“悟空”发射后,藏京京每天5点到监控厅上班,晚上接收完数据,还要分析到11点。他时刻惦记着机房里的四个机柜,那里存储着宇宙的核心秘密。

有一次,藏京京半夜两点收到报警短信。他急匆匆赶到机房,是空调坏了。赶到时,机房温度已经40度,如不及时处理,计算机一旦出现问题,存储的宝贵数据就有丢失的危险。

计算机屏幕上让外行人感到枯燥的数字和曲线,他看得津津有味。“我们在看人类从未观测过的东西,从中找到物理规律,这是最让我们感兴趣的。”

“悟空”升空一个月以来,科学家们加紧开展标定工作,这就好比为“悟空”打造出测量宇宙高能粒子的精准“尺子”。

“我们测量入射粒子的精度可以达到头发丝的百分之一量级。只有粒子入射方向测量准确,才能知道这些粒子来自宇宙何方。如果发现暗物质,就能知道暗物质在什么位置。”

藏京京2011年从中科院高能物理研究所博士毕业后加入暗物质卫星项目。

卫星载荷初样曾三次运往欧洲核子研究中心做束流标定。这是中国首次将完整的大型探测器送往欧洲做标定。做束流标定就是要验证“刀客”已经造出了“好刀”。

三次标定藏京京都参加了,每一次都要掉十斤肉。“虽然辛苦,但这是为了追求梦想呀!”

从井底到太空

“我的年龄比我的头发看起来要年轻很多。”38岁的范一中头顶已有许多白发。

作为暗物质卫星科学应用系统副总设计师,范一中要带领团队判断“悟空”探测到的哪些信号可能来自暗物质,或其他有趣的天文现象。

范一中出生在重庆农村。家中生活贫困,初中毕业后父母让他读中专,尽早工作。后来在兄嫂的支持下读了大学。他的求学之路一发不可收拾,在南京大学硕士毕业后,在紫金山天文台读了博士,然后到美国、以色列、丹麦留学。有10年时间,他研究的是伽马射线暴,一种恒星死亡时非常奇特的超新星爆发现象。2010年回到紫台应聘时,暗物质卫星接近立项,领导要求他转为研究暗物质。

从此,他也就迷上了暗物质。“它的的确确太神秘了。它最吸引我的地方就是我们现在对它几乎一无所知。”

“什么时候能找到暗物质?这个问题谁都无法回答,也许是在明天,也许是几年后。也许真的只是也许。”

但他相信卫星一定会在某些方面有激动人心的发现。“我们的卫星就算找不到暗物质,对于其他奇异天文现象研究,也会有重要发现。”

由于国内暗物质研究人才非常少,一开始范一中的团队招不到人。“我慌了,长期失眠,做梦都在想队伍怎么办。”

暗物质湮灭和衰变的证据主要从高能电子和伽马射线里找,如果幸运,伽马射线能透露暗物质在哪里。范一中听说广西大学有个硕士擅长处理伽马射线数据,第二天就飞去广西大学,把他请来。几年下来,范一中的团队终于组建起来。

曾有很多学校邀请范一中去工作,给更好的工资待遇,但他从没动摇过。“这是中国第一颗天文卫星,我们的的确确开辟了中国空间天文事业。对于人的一生,即便是国外很著名的科学家,一生也只有一次这样的机会,真的要珍惜。”

从小时候家庭贫困,连大学都没打算上,一步步走到今天探索不可见的宇宙,触及人类认知的边界,范一中认为自己像坎井之蛙,开始只识井口大的天,跳出井来,发现天地之大,逐步拓宽了自己的理想和追求。

人类所知的所有浩瀚星海,只占宇宙的5%,在宇宙的绝少部分里,有颗蓝色星球,在这星球上,有一群范一中这样的人,怀着对隐藏宇宙的浓厚好奇,夜以继日地忙碌着,为破解宇宙的黑暗之谜。(原标题:特写:追捕暗物质的“刀客”)

 

 
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2016/2/3 11:15:11 say8818
研究者们的理论观点还不改变,数据公布后就会被译电员们翻译!
目前已有1条评论
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