但是暗物質(zhì)非常獨特，它的反物質(zhì)就是本身，如果暗物質(zhì)粒子和自身的反物質(zhì)粒子發(fā)生碰撞，那么所產(chǎn)生的能量將更大。假如能夠監(jiān)測到暗物質(zhì)粒子碰撞后產(chǎn)生的是高能電子，其流量遠高于正常值，通過這種湮滅實驗間接證明了有暗物質(zhì)的產(chǎn)生。
諾貝爾獎獲得者丁肇中研制并放置在國際空間站的阿爾法磁譜儀2號、上個月日本發(fā)射的量能器電子望遠鏡，以及我國即將發(fā)射的暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星等，都是基于對宇宙線的探測而尋找暗物質(zhì)的間接嘗試。還有一種尋找暗物質(zhì)的方法，是基于可見物質(zhì)相互作用能產(chǎn)生暗物質(zhì)的假設(shè)，用大型質(zhì)子對撞機探測，兩束高能粒子對撞產(chǎn)生暗物質(zhì)粒子，也就是產(chǎn)生實驗。例如在歐洲核子中心，就有此方面的研究，但目前尚未發(fā)現(xiàn)新的證據(jù)。
衛(wèi)星如何找
通過探測宇宙中高能粒子的方向、能量以及電荷大小來間接尋找和研究暗物質(zhì)粒子
為了進一步尋找暗物質(zhì)，2011年，中科院紫金山天文臺自主提出暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星計劃。2015年底，首顆探測衛(wèi)星將被放入外太空尋找暗物質(zhì)。
阿爾法磁譜儀2號
這與以往的探測手段相比有什么優(yōu)勢？
“在地球表面，宇宙線經(jīng)過大氣層時被屏蔽了，這阻礙了觀測。所以我們需要‘上天’或者‘入地’，以減少屏蔽干擾。”暗物質(zhì)衛(wèi)星科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計師伍健介紹，和此前的探索手段相比，暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星能探測的粒子的最大能量大約是阿爾法磁譜儀2號的10倍；同時，能量分辨率更高，比NASA費米衛(wèi)星的準(zhǔn)確率提升了10倍，并能觀測阿爾法磁譜儀2號所無法觀測的光子；此外，還提高了電子與質(zhì)子相互區(qū)別的能力，將對兩者的誤判下降到幾十萬分之一。
值得一提的是，在以往的探測手段中，熱氣球雖然造價低，但運行不太穩(wěn)定；阿爾法磁譜儀2號雖然能夠長時間觀測，但耗資高，造價大約是20億美元。我們這顆衛(wèi)星的造價約為7億元，相比之下耗資少，重量輕，被寄予厚望。
衛(wèi)星的主要任務(wù)是間接尋找和研究暗物質(zhì)粒子
常進介紹，衛(wèi)星的主要任務(wù)是通過探測宇宙中高能粒子的方向、能量以及電荷大小來間接尋找和研究暗物質(zhì)粒子。該衛(wèi)星的有效載荷屬于大型空間高能設(shè)備，由塑閃陣列探測器、硅陣列探測器、BGO量能器和中子探測器四層科學(xué)探測器組成，包含近8萬路電子學(xué)信號通道，是世界上迄今為止觀測能段范圍最寬、能量分辨率最優(yōu)的暗物質(zhì)粒子空間探測器。
“它在發(fā)射升空后，將圍繞地球旋轉(zhuǎn)，四層科學(xué)探測器將面朝太空，全面接收來自宇宙的高能電子和伽馬射線。這相當(dāng)于在宇宙中放置了一臺除去大氣層面紗的‘超高清望遠鏡’，所有收集到的科學(xué)數(shù)據(jù)將完整保存，并實時傳回地面。目前，衛(wèi)星在通過驗收，并且在歐洲等地反復(fù)實驗后，已整體交付給衛(wèi)星發(fā)射系統(tǒng)。”常進說。
暗物質(zhì)距離人類生活如此遙遠，科學(xué)家為什么愿意花這么多時間、精力和成本去尋找？
“這一方面源自人類對于未知的好奇心和求知欲，另一方面，科學(xué)研究的價值和意義雖然有時在短期內(nèi)無法顯現(xiàn)，但卻往往能帶來一些效果顯著的‘副產(chǎn)品’，給科技和生活帶來變革。”伍健說。例如在這顆衛(wèi)星的研制過程中，曾需要一種BGO晶體，但此前世界范圍內(nèi)最長的該類晶體只有30厘米，科學(xué)家們?yōu)榇烁铝思夹g(shù)，實現(xiàn)晶體60厘米的突破，并將其應(yīng)用在工業(yè)和國防領(lǐng)域。發(fā)射升空后，除了尋找和研究暗物質(zhì)粒子，這顆衛(wèi)星還將致力于研究宇宙線起源和伽馬射線等，推動我國空間科學(xué)發(fā)展。
