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当“悟空”遇上暗物质

你知道宇宙最终的结局是什么吗?刘慈欣在他的科幻小说《三体》第三部《死神永生》中是这样描述的:暗物质的量被低估了,宇宙将停止膨胀,然后在自身的引力下坍缩,最后成为一个奇点并再次大爆炸,把一切归零!

刘慈欣给出的宇宙结局是虚构的,但是暗物质,却是真实存在的。那什么是暗物质呢?暗物质,是一种不发光、不发出电磁波的物质,宇宙中95%以上都是暗物质和暗能量。从本质上讲,暗物质就是看不到却真实存在的物质。连看都看不到,怎么研究呀?有一个人有办法。那这个人是谁呢?

他,就是悟空号暗物质粒子探测卫星首席科学家,中国科学院紫金山天文台台长常进!

研究生毕业后,常进被分配到了中国科学院紫金山天文台。当时,我国的空间天文几乎是一穷二白。我国天文学家所用的所有数据,都来自于国外的卫星。因为几乎什么事情都是第一次干,所以他们每干一件事,都得看美国人怎么干,欧洲人怎么干。常进感觉,跟在别人后面干,别人起步又比我们早得多,要赶上他们难度很大。老是跟在别人的屁股后面吃灰,这可不行!于是,当时的他,满脑子整天想着,有没有什么巧妙的方法,开辟一条新的道路。经过一番研究,他发现,高能电子和伽马射线的流量比较低,国际上的研究也才刚刚起步。如果在这方面花点力气,取得突破,我国天文学很可能就能赶上国际前沿,取得世界一流的成果!因此,常进就把研究重点放在了高能电子和伽马射线上。

经过三年的研究和琢磨,常进积累了一些经验,但是没有突破。当时,他有一个机会去德国进修。他把目光紧紧地盯着高能电子和伽马射线,凡是跟这个有关的,他就参与讨论,硬拉着人聊。经过思想的碰撞,在很短的时间内,他就在观测方法上,取得了突破!

恰巧在那时,美国打算在南极放一个气球探测器到天上去观测高能宇宙线。常进一看,机会来了!这个探测器,完全可以采用自己的观测方法,来观测高能电子和伽马射线啊!于是,他就发邮件找美国人谈。美国人一看,这想法也太疯狂了,不可能实现,于是一口就回绝了!但是,常进没有放弃,而是从最基础的参数算起,证明自己的方案可行。这个时候,美国人有点相信了,就让常进到美国去谈。一到美国,美国人立马给他个下马威,让他最短的时间内,把自己的想法变成程序,而且要把它算出来。接下来的36个小时,常进几乎没有合眼,通过程序算出了参数,在理论上证明了他的方法可行。但是,光理论证明还不够,还要实验证明。于是,常进又被要求在加速器上用高能粒子进行模拟实验,今天给数据,明天给结果。经过一天一夜的奋战,实验取得了成功。这幸亏常进身体好,能吃苦,这样的强度,一般人还真扛不住。

常进的方法被采用后,仅用了三天的时间,高能电子、伽马射线全部被找了出来。最终的观测结果,被发表在了最顶级的学术期刊《自然》上,而常进是第一作者,引起了当时很大的轰动!常进说:天上不可能掉馅饼,只有撸起袖子加油干,才能干出来。

拿到观测数据后,常进发现,观测到的高能电子比理论算出来的要多很多。这些多出来的电子,到底哪来的呢?这个时候,常进联想到了暗物质!于是,从2002年起,他萌生出了一个想法:发射一个卫星到太空,观测高能电子和伽马射线,寻找暗物质!经过10年的技术积累和攻关,常进负责的暗物质卫星项目,正式启动!2015年12月,被取名为“悟空”的暗物质粒子探测卫星成功发射!

常进和团队用20年积累的经验克服了“粒子鉴别”的难题,又花了10年的时间使“悟空”达到了一百万倍的动态范围。这是国际上首次可以观测到万亿电子伏特以上的波段的探测卫星!经过30年的辛苦追赶,我国的空间天文,终于赶上来了!

2017年11月,《自然》期刊发表了“悟空”观测到疑似暗物质的最新发现,再次引起世界轰动!那么,“悟空”到底是怎么发现的呢?在宇宙中,两个暗物质粒子相撞,会产生大量的高能电子及伽马射线。而“悟空”就是通过观测这些高能电子和伽马射线的异常爆发,来探寻暗物质,并推测暗物质的性质。至今,“悟空”依旧在太空中,用它的火眼金睛,为我们在茫茫宇宙中寻找暗物质。当我们找到了暗物质,弄清楚了暗物质和暗能量的性质,一定会导致物理学产生大的突破,最终带来人类的整体飞跃!

很多科学家在做的事情,也许并不是为了我们的明天或者后天在做准备。他们着眼的,是更为遥远的未来。他们抵达的终点,是下一代人的起点。人类的发展,就像接力赛一样,一棒传一棒。最终,越走越远,越登越高。最后,走出地球,飞出太阳系,走向浩瀚的宇宙!我们个人的成长,不也是这样一站接着一站吗?从最开始的走出家门,到走出所在的村镇或街道,再到走出自己所在的城市,最后走向全国、走向世界。

着眼未来,走向世界,永攀高峰!新的一天,加油!

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