“尋找暗物質(zhì)兩年‘悟空’來信：‘俺老孫可能捉到妖了’”
“領(lǐng)跑太空暗物質(zhì)探測，‘悟空’貢獻(xiàn)中國智慧”
“‘悟空號’公布驚人發(fā)現(xiàn)：人類‘看見’疑似暗物質(zhì)幽靈！”
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“悟空”項(xiàng)目團(tuán)隊科研人員
北京時間2017年11月30日，著名科學(xué)期刊《自然》（Nature）雜志刊登了中國暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”（DAMPE）團(tuán)隊歷時近兩年獲得的首批成果——成功獲取國際上精度最高的電子宇宙射線能譜，并且在電子宇宙射線能譜1TeV（1萬億電子伏特）處首次直接探測到拐折，其來源可能是暗物質(zhì)。一時間，暗物質(zhì)探測衛(wèi)星“悟空”迅速登上各大媒體頭條，刷屏“朋友圈”。
2017年11月，“悟空”探測成果在線發(fā)表在《自然》雜志上。
“我們想通過‘悟空’的火眼金睛，找到暗物質(zhì)這個‘妖魔鬼怪’”
暗物質(zhì)，一個人類追尋多年的宇宙魅影。當(dāng)前主流科學(xué)界認(rèn)為，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的普通物質(zhì)（也就是標(biāo)準(zhǔn)粒子物理模型能解釋的物質(zhì)）只占宇宙總物質(zhì)量5％，剩余部分由27％的暗物質(zhì)、68％的暗能量構(gòu)成。
暗物質(zhì)衛(wèi)星首席科學(xué)家、中科院紫金山天文臺副臺長常進(jìn)介紹說，暗物質(zhì)是天文學(xué)家為了解釋宇宙中引力質(zhì)量遠(yuǎn)大于發(fā)光物質(zhì)質(zhì)量的疑難，而引入的一類新物質(zhì)。它不發(fā)射、吸收、散射光子，也不參與電磁作用，既無法被直接觀測，與物質(zhì)相互作用也很弱。
“你知道它就在那里，但不知道它是什么，也正因?yàn)樗衩赜址浅Ｖ匾滴镔|(zhì)與暗能量一起被稱為‘21世紀(jì)物理學(xué)晴朗天空中的兩朵烏云’。”常進(jìn)說。
揭開暗物質(zhì)之謎，被認(rèn)為是繼哥白尼的日心說、牛頓的萬有引力定律、愛因斯坦的相對論、量子力學(xué)之后，人類認(rèn)識自然規(guī)律的又一次重大飛躍。
這個科學(xué)前沿，中國不能缺席。
2015年12月17日，長征二號丁運(yùn)載火箭從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心將“悟空”送入太空。
2015年12月17日，我國暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地成功發(fā)射升空，它用“火眼金睛”幫助科學(xué)家尋找披著“隱身衣”的神秘暗物質(zhì)。
“我們想通過‘悟空’的火眼金睛，找到暗物質(zhì)這個‘妖魔鬼怪’。”常進(jìn)介紹說，雖然暗物質(zhì)“看不見”“測不著”，但暗物質(zhì)粒子相互湮滅或者自身衰變，可以產(chǎn)生一些穩(wěn)定的可觀測粒子，如伽馬射線、宇宙射線、中微子等。“悟空”的設(shè)計原理，就是要在太空中高精度測量伽馬射線、宇宙射線的能譜以及空間分布，來尋找暗物質(zhì)粒子存在的證據(jù)。這也是目前國際上探測暗物質(zhì)粒子的主要途徑之一。
“悟空”采用了紫金山天文臺自主提出的分辨粒子種類的新探測技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)了對高能（5GeV—10TeV）電子、伽馬射線的“經(jīng)濟(jì)適用型”觀測。“悟空”在軌運(yùn)行的前530天共采集了約28億顆高能宇宙射線，其中包含約150萬顆25GeV（1GeV＝10億電子伏特）以上的電子宇宙射線。基于這些數(shù)據(jù)，科研人員成功獲取了目前國際上精度最高的電子宇宙射線探測結(jié)果。
早在“悟空”上天之前，國際上已有一些空間探測器在嘗試搜尋暗物質(zhì)。但由于探測器規(guī)模或設(shè)計方案的限制，它們的探測能區(qū)相對較低，分辨率和粒子鑒別本領(lǐng)也有限。而“悟空”采用了創(chuàng)新的設(shè)計方案，既可探測低能區(qū)，也能探測高能區(qū)，是世界上第一臺能在空間觀測直至10TeV能量電子和伽馬射線的儀器。同時，“悟空”的研制費(fèi)用僅為其同類的美國費(fèi)米衛(wèi)星（Fermi）的1／7，國際空間站阿爾法磁譜儀2號（AMS02）的1／20。
相比于國際上同類探測器美國費(fèi)米衛(wèi)星（左）、阿爾法磁譜儀2號（右），“悟空”（中）觀測能段范圍最寬、分辨率最高、能譜結(jié)構(gòu)特征也最為清楚。
“說‘悟空’是‘火眼金睛’一點(diǎn)也不為過。”常進(jìn)自豪地說，“悟空”在同類設(shè)備中擁有工作能段最高、能量分辨率最高、粒子鑒別本領(lǐng)最強(qiáng)3項(xiàng)“絕技”。它的鑒別本領(lǐng)就好比在有上千萬人口的城市里找到特定的一個人，既要快，又要準(zhǔn)。
目前，“悟空”采集了大量高能電子宇宙射線，清晰勾勒了電子宇宙射線在寬能量段的能譜行為，以高置信度觀測到了能譜在TeV處的拐折行為，并且在1．4TeV能量處發(fā)現(xiàn)存在精細(xì)結(jié)構(gòu)的跡象。
根據(jù)“悟空”積累的觀測數(shù)據(jù)，科研人員發(fā)現(xiàn)在1．4萬億電子伏特（TeV）的超高能譜段突然出現(xiàn)劇烈波動，反映在圖上是一個“尖峰”。
中科院紫金山天文臺研究員范一中說：“電子能譜在高能區(qū)突然出現(xiàn)拐折，一定是有什么‘源’影響了它。現(xiàn)在我們不能確定就是暗物質(zhì)影響了它，但如果能夠證明影響它的不是我們已知的物質(zhì)，那就很有可能是暗物質(zhì)了。”
這是近年來科學(xué)家離暗物質(zhì)最近的一次發(fā)現(xiàn)。這一波動此前從未被人類觀測到，意味著中國科學(xué)家取得一項(xiàng)開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)。常進(jìn)說，如果進(jìn)一步研究確認(rèn)與暗物質(zhì)相關(guān)，人類就可以沿著“悟空”的腳步去找尋宇宙中5％以外的廣袤未知，這將是一個超出想象的成就。
“即便無法證明是暗物質(zhì)的蹤跡，‘悟空’也為全人類打開了觀測宇宙的一扇新窗口。”常進(jìn)說。中科院院長白春禮則認(rèn)為，“悟空”取得的成果，表明中國科學(xué)家已經(jīng)從自然科學(xué)前沿理論的學(xué)習(xí)者、繼承者、圍觀者，逐漸走到了舞臺中央，中國科學(xué)家長期以來在基礎(chǔ)科學(xué)前沿的投入和付出終于有了回報。
“悟空”背后的“師傅”們：平均年齡只有37歲，腳踏實(shí)地追逐夢想
一個“悟空”在天上飛，一個團(tuán)隊在地上追。
“我們有監(jiān)控人員，相當(dāng)于‘隊醫(yī)’，每天給衛(wèi)星體檢，監(jiān)測運(yùn)轉(zhuǎn)情況；有數(shù)據(jù)處理人員，經(jīng)過科學(xué)分析程序，記錄有用粒子的各種信息；還有科學(xué)分析人員，要分析解釋‘悟空’收集到的數(shù)據(jù)意味著什么。整個團(tuán)隊科研人員各司其職，互相配合。”常進(jìn)向我們介紹，目前“悟空”項(xiàng)目團(tuán)隊成員30余人，大部分都是80后，平均年齡只有37歲。
“悟空”項(xiàng)目團(tuán)隊部分成員合影。整個團(tuán)隊30余人，大多為80后，平均年齡37歲。
突破性成果的取得絕非易事。從上世紀(jì)80年代初，因國力不強(qiáng)、技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，計劃中的天文衛(wèi)星中途下馬，到“借船出海”加入國外高能宇宙射線研究項(xiàng)目，再到發(fā)射自己的暗物質(zhì)探測衛(wèi)星，獨(dú)立開展領(lǐng)先世界的研究，中國暗物質(zhì)探測研究走過了艱辛而不平凡的逐夢歷程。
“只要堅持，夢想總是會實(shí)現(xiàn)的。”常進(jìn)經(jīng)常用這句話與團(tuán)隊成員共勉。他把自己定義為一個“現(xiàn)實(shí)的理想主義者”：要有理想，但更要腳踏實(shí)地地干。
一組組畫面，生動記錄了“悟空”項(xiàng)目團(tuán)隊的勇氣、拼勁和智慧。
“悟空”項(xiàng)目團(tuán)隊科研人員在工作
當(dāng)時“悟空”衛(wèi)星的一個重要挑戰(zhàn)就是要提高觀測能力，擴(kuò)大單個探測器的動態(tài)范圍至100萬倍。“這意味著什么？打個比方，如果把‘悟空’當(dāng)成人的眼睛，去看一個籃球運(yùn)動員，就是要既能看到這個人2微米的血小板，又能看見他2米高的身高，這個范圍之內(nèi)的事物都看得清清楚楚。”常進(jìn)和我們解釋。
為了解決這個問題，常進(jìn)帶領(lǐng)他的團(tuán)隊整整花了10年時間，在其他專家的幫助下，研究比較了30種方案，最終拿出了目前運(yùn)用在“悟空”上的最優(yōu)方案，獲得了空前成功。
“悟空”內(nèi)部復(fù)雜的線路
“擼起袖子加油干，天上不會掉餡餅。”回首過往20余年的歷程，常進(jìn)非常認(rèn)同這句話。“悟空”發(fā)射短短兩年就取得了重要突破性成果，看似“餡餅”的背后，是科研人員付出的大量心血和汗水。
“做人不能吹毛求疵，但干航天一定要吹毛求疵。”常進(jìn)說，他出生在江蘇泰興一個普通農(nóng)民家庭，父親在世時一年大概能掙兩三萬元，而一顆衛(wèi)星造價則是7億元。“空間試驗(yàn)沒有任何改正錯誤的機(jī)會，一個很小的錯誤都可能造成衛(wèi)星失敗，幾百人多年的努力就白費(fèi)了，所以我們每個人必須對得起國家的這份信任與支持，對得起團(tuán)隊多年的努力，小心翼翼、踏踏實(shí)實(shí)做好自己的每一件事。”
“我們很多人常常都是趕公交、地鐵的末班車回家。碰到難關(guān)，常老師就帶著我們通宵達(dá)旦攻堅處理問題。”2016年從美國留學(xué)回國加入“悟空”項(xiàng)目的團(tuán)隊成員袁強(qiáng)深有感觸地說，工作一年多來，充分感受到整個團(tuán)隊是一個很有責(zé)任感、充滿戰(zhàn)斗力的團(tuán)隊，大家心往一處想、勁往一處使，每個人都非常自覺，做好各自的工作。
一點(diǎn)一滴的工作，日積月累的進(jìn)步，終于獲得了回報和收獲，“悟空”項(xiàng)目團(tuán)隊贏得了世界范圍內(nèi)的掌聲和尊重。
習(xí)近平總書記在2016年、2017年新年賀詞中均為“悟空”點(diǎn)贊。2017年10月，黨的十九大報告再次點(diǎn)名“悟空”，并提出，“要瞄準(zhǔn)世界科技前沿，強(qiáng)化基礎(chǔ)研究，實(shí)現(xiàn)前瞻性基礎(chǔ)研究、引領(lǐng)性原創(chuàng)成果重大突破”。中國首顆天文衛(wèi)星“悟空”正是中國科學(xué)家瞄準(zhǔn)暗物質(zhì)探測這一世界科學(xué)前沿所研發(fā)出的創(chuàng)新型太空探測“利器”，充分展現(xiàn)了中國科研人員的自信，為世界科技發(fā)展貢獻(xiàn)了中國智慧。
暗物質(zhì)衛(wèi)星“悟空”號首席科學(xué)家、中科院紫金山天文臺副臺長常進(jìn)
說到當(dāng)前新時代中國科技發(fā)展日新月異的變化，常進(jìn)充滿自豪和自信，他堅信中國一定能成為科學(xué)強(qiáng)國，邁入世界科學(xué)發(fā)展的前沿陣地。“中國科研人員一定要有自信，我們已經(jīng)逐漸走到世界科學(xué)發(fā)展的主席臺中央了。”常進(jìn)說，整天跟著別人屁股后面搞研究，談何自主創(chuàng)新？外國技術(shù)路線不見得比我們強(qiáng)，關(guān)鍵在于我們找到了正確方法后自己能否守得住。
自信后面更是一份沉甸甸的責(zé)任。
“現(xiàn)在是搞科學(xué)研究最好的時代，如果現(xiàn)在這個時代還沒干出點(diǎn)東西來，那就有愧于黨和國家的信任。”談及未來，常進(jìn)說：“就是腳踏實(shí)地地干，一步一個腳印地干。”（中央紀(jì)委監(jiān)察部網(wǎng)站 蘭琳宗丨供圖：中科院紫金山天文臺）