目前,国际上对暗物质探测方式主要分为3类。第一类是在加速器上通过两束高能粒子对撞将暗物质粒子“创造”出来,如欧洲核子中心的大型强子对撞 机；第二类是在地下进行的直接探测,各国有不少这样的实验项目,其中我国四川锦屏地下实验室是目前世界上最深的研究暗物质实验室；第三类是在太空进行间接 探测。
我国暗物质粒子探测卫星属于第三种方法。这种方法怎样寻找暗物质?常进解释说,世界上的物质都有反物质,当一个物质遇到一个反物质的时候,两者 都会被摧毁,由此产生巨大的能量。但是暗物质非常独特,它的反物质就是本身,如果暗物质粒子和自身的反物质粒子发生碰撞,产生的能量将更大。
“假如能够监测到暗物质粒子碰撞后产生的高能粒子,如伽马射线、正电子、反质子、中微子等,并能够精确测量这些粒子的能谱,就能间接证明暗物质的存在。”常进说。
暗物质是什么
采用同样方法的还有诺贝尔奖获得者丁肇中研制并放置在国际空间站的阿尔法磁谱仪2号(AMS02)以及日本今年发射的量能器电子望远镜等。其中AMS02已经观测到一些异常,但因为观测能段的限制,数据也比较少,还无法下结论。
“我国的暗物质卫星是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,超过国际上所有同类探测器。”卫星科学应用系统总设计师伍健说, 其能段是阿尔法磁谱仪的10倍,涵盖了电子能谱和光子能谱发生异常的地方；其能量分辨率比国际同类探测器高3倍以上。“宇宙空间是人类最后的实验室,宇宙 射线最高能量比目前最大的加速器高1亿倍以上。”常进说,“我国暗物质卫星提出的观测对象和观测能区都是到目前为止国际上的第一次。”
常进介绍,卫星有效载荷初样件在欧洲核子中心(CERN)进行了3次束流实验来测试各项物理性能指标,表明它具有能量分辨率高、测量能量范围大和本底抑制能力强3大优势。
卫星系统总设计师李华旺介绍,卫星由4个科学探测有效载荷组成,分别是塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、BGO量能器和中子探测器,共同构成一个 高能粒子探测器望远镜。4个探测器由上到下摞在一起,就像一个四层“大蛋糕”,它们各司其职,又联合执行任务,可以高精度地测量入射粒子的种类、方向、能 量和电荷。
进入太空后,“悟空”将在500公里太阳同步轨道上运行。它将采取两种观测模式:在头两年采用巡天观测模式,由于暗物质可能存在于全天区的任何 区域,所以第一阶段对全天扫描；两年后卫星转入定向观测模式,根据全天区探测的结果分析出暗物质最可能出现的区域,并针对这些区域开展定向观测。
