我国的“悟空”暗物质粒子探测卫星，日前捕获到了世界上最精确的高能电子宇宙线能谱。更让科学家兴奋的是，他们首次直接测量到了这一能谱在1Tev的拐折，这对于判定部分电子宇宙射线是否来自暗物质起着关键性作用。“悟空”卫星的数据初步显示在1.4 TeV处存在能谱精细结构 ，一旦该精细结构得以确证，将是粒子物理或天体物理领域的开创性发现。

这些重大成果今天（30日）凌晨两点在线发表在了《自然》期刊上，有望推动人们进一步理解特定宇宙线电子的神秘起源。

拓展了观察宇宙的窗口

浩瀚宇宙中，看不见的物质总量远远比看得见的物质更多。暗物质约占26.8%，暗能量约占68.3%，合计占了宇宙总能量密度的95%。寻找暗物质，一直是重大的科学前沿问题。如果暗物质粒子相互碰撞并湮灭，会转换为看得见的高能电子粒子，通过在空间探测高能电子能谱（能谱指的是电子数目随能量的变化情况），可以发现暗物质存在的蛛丝马迹。

 “悟空”卫星首席科学家常进介绍，2015年12月发射的“悟空”卫星在轨运行的前530天共采集了约28亿颗（5 GeV-10 TeV）高能宇宙射线，其中包含约150万颗25GeV以上的电子宇宙射线。基于这些数据，科研人员成功获取了目前国际上精度最高的电子宇宙射线探测结果。

“悟空”卫星工作530天得到的高精度宇宙射线电子能谱（红色数据点），以及和美国费米卫星测量结果（蓝点）、丁肇中先生领导的阿尔法磁谱仪的测量结果（绿点）的比较。

人类眼睛最敏感的可见光能量约为2电子伏特，之前利用气球实验或太空实验进行的直接测量最多只达到2 TeV（1 TeV=1万亿电子伏特）左右，利用地基望远镜阵列进行的间接测量最多只达到5 TeV左右，而“悟空”能够探测到最高约10 TeV的宇宙线电子和正电子，相比国外的空间探测设备（比如丁肇中主持的阿尔法磁谱仪项目），能量测量范围显著提高，电子的“纯净”程度最高（混入的质子数量最少），能谱的准确性高。

“这是世界上第一次在空间观测TeV级别的波段，火眼金睛的‘悟空’，拓展了我们观察宇宙的窗口，让我们有机会发现新的物理现象。”首席科学家常进说。

计划明年底还会有第二批观测成果发布

来自常规宇宙射线源的宇宙线能谱根据我们已知的物理规律有其特定的分布，其分布规律是逐渐下降的。如果出现异常，必然有着新的物理原因。“悟空”卫星首次直接测量到了电子宇宙射线能谱在1 TeV处的 “急速”拐折，该拐折反映了宇宙中高能电子辐射源的典型加速能力，其精确的下降行为对于判定能量低于1 TeV的电子宇宙射线是否来自于暗物质湮灭提供了关键性数据。

“我们很幸运直接测量到了这一拐折，这是一个新发现。”暗物质卫星工程科学应用系统副总师范一中介绍，他们观测到小于1 TeV的电子宇宙射线粒子数目起初是缓慢下降，但从1 TeV开始突然快速下降，就好比来了个紧急刹车。国外地面望远镜此前看到过一些类似的迹象，但误差很大，无法确定。之前各种暗物质模型都预测过会有拐折，不同模型预测的拐折行为各有差异，但这一拐折和之前大家期待的暗物质模型都不同。“究竟是否暗物质还不确定，需要两到三年的数据积累，也需要全世界理论物理学家去解读。卫星的工作可以用完美来形容，‘悟空’取来了真经，至于是什么经，还不清楚。”

这一拐折使得1 TeV以下的最简单暗物质模型受到挑战，意味着它可能来自于新天体物理源或暗物质湮灭/衰变，需要更复杂的暗物质模型来解释。

“悟空”暗物质粒子探测卫星

此外，“悟空”卫星的数据初步显示在1.4 TeV处存在能谱精细结构。一旦该精细结构得以确证，将是粒子物理或天体物理领域的开创性发现。“种瓜得豆，在科学研究中是常有的事情。我们在高能段观测到了这一引人瞩目的现象。”常进说，1.4TeV 处电子能谱的精细结构暗示了暗物质粒子存在的可能的新证据。

首席科学家常进在介绍情况。黄海华摄

“我给卫星打100分。”常进介绍，目前“悟空”卫星运行状态良好，所有探测器性能和刚发射时一样，正持续收集数据，预计将远远超出3年设计寿命。计划明年年底，会有第二批观测成果发布。

科普链接

引力波的发现，使得爱因斯坦广义相对论的最后一个预言得到验证。但从上世纪20年代起，有越来越多的证据表明，牛顿和爱因斯坦的引力理论在星系到宇宙的尺度上有一些新奇的现象。当天文学家发现太阳系围绕银河系中心旋转的速度太快时，他们猜测，宇宙中可能有大量看不见的暗物质，它们合在一起的引力拉着太阳，使其不至于由于速度过高而向外飞。

暗物质不属于粒子物理标准模型中的已知物质。最流行的一种理论猜想是，暗物质是一种具有弱相互作用的重粒子。李政道和杨振宁正因为研究原子内部的弱相互作用而获得诺贝尔奖。重粒子是指比起氢、氦原子等重很多的粒子。

目前探测暗物质主要有三种办法：加速器、地下实验室直接探测和空间间接探测。如果暗物质具有弱相互作用，可以在大型对撞加速器中产生。通过弱相互作用，暗物质会和普通的原子发生概率微乎其微的碰撞，把原来静止的原子撞得“飞起来”，而撞飞的原子是可以观察到的，这是直接探测。“悟空”探测卫星，是一种空间间接探测。