“悟空”，能在 太空中“悟”到什么

    17日上午8时，被命名为“悟空”的暗物质粒子探测卫星送入太空。这枚1．9吨重的卫星是我国科学卫星系列的首发星，有望探测到暗物质湮灭或衰变的证据。

    据报道，“悟空”将在头两年对全天扫描，之后根据探测结果，对暗物质最可能出现的区域定向观测。首批科学成果有望在卫星发射6个月至1年后发布。

    在“悟空”即将发射之际，暗物质卫星首席科学家、紫金山天文台副台长常进在酒泉卫星发射基地接受新华社中国特稿社的专访，详细解答了如何到太空探测暗物质以及暗物质卫星的相关问题。

    要找的“人”，还不知长什么样

    现有基本的物理知识无法解释暗物质，一旦找到暗物质，将会带来物理学的革命性突破

    记者：天文观测证据已经基本上肯定有暗物质的存在，我们现在发射暗物质卫星，是为了进一步证明暗物质的存在，还是要弄清它的性质？

    常进：是为了弄清它的性质。我们知道宇宙中有一些不发光的物质，但这些不发光的物质是什么，现在并不清楚。天文学家发现，银河系里成千上万颗恒星的实际观测速度要大于理论上的速度。太阳的速度理论上是每秒160千米，但是现在观测太阳的速度大概每秒240千米。如果不存在暗物质的话，太阳系就应该处于银河系的更外围，而不是现在这个位置。

    记者：暗物质究竟是怎么产生的？为什么会有暗物质？

    常进：暗物质产生于宇宙大爆炸。至于为什么会有暗物质，目前还不清楚。这也是暗物质探测这么热门的原因，因为现有基本的物理知识无法解释暗物质。一旦找到暗物质，将会带来物理学的革命性突破。

    记者：自上世纪30年代初，科学家就发现存在暗物质，经过这么多年的研究，还是没有探测到暗物质的明确证据。是因为找的方法不对，还是因为仪器不够灵敏？

    常进：是因为在理论上，我们根本就没弄清楚它究竟是什么东西。如果理论上知道它是什么，我们就很容易找到它。打个比方来说，我们要去找一个人，只知道这个人可能存在，但这个人穿什么衣服，长什么样子，我们根本不清楚。只能通过排除法，从一些可疑的迹象去筛选。

    记者：科学家在寻找暗物质的过程中已经排除了一些候选者。我们的卫星要找的，是否就是最多人研究的弱相互作用大质量粒子？

    常进：我们的卫星可以寻找弱相互作用大质量粒子。暗物质的模型太多了，但是讨论最为广泛的一个模型是弱相互作用大质量粒子。在许多新物理理论中，可以自然地引入这样的粒子。但暗物质究竟是不是这样的粒子，我们还不清楚。目前还有一些其他的理论模型，比如轴子、惰性中微子，或者更大质量的很奇异的粒子。

    记者：谁都不知道暗物质到底是什么，却要寻找它，这样的寻找需要运气吗？

    常进：搞科学不是靠运气，但是具体发现什么，确实有一些运气的成份在里面。我们不确定暗物质是什么，连基本的物理性质都没有弄清楚，这是最主要的不确定性。我们已经知道暗物质寿命长、不发光、不与其他物质相互作用。我们只能根据一些疑似迹象，比如伽马射线超出、高能电子异常、反质子能谱异常等来设计探测器，但是有很多不确定性。

    通过“儿子”认识“爸爸”

    如果能够观测到暗物质湮灭或衰变的产物，就能得到暗物质的质量和其他一些物理性质，以及空间的分布等信息

    记者：到太空去寻找暗物质粒子湮灭或衰变的产物，有人把这样的产物比喻成暗物质的儿子，那么认识一个人的儿子就能反推出他爸爸的性质吗？

    常进：从儿子可以得到他爸爸的一些性质，不可能得到他爸爸的全部性质，只能一步步推。如果能够观测到暗物质湮灭或衰变的产物，那么暗物质的质量和其他一些物理性质，以及在空间的分布等信息，都可以得到。

    记者：暗物质粒子湮灭或衰变后的产物，就变成了普通物质粒子，是不是普通物质都是由暗物质变来的呢？

    常进：现在有一些科学家从事这方面的研究。一般认为，普通物质和暗物质都是在宇宙大爆炸中同时产生的。因为暗物质的反应率这么低，可以很自然地估计，现有的物质不可能全是暗物质产生的。

    记者：暗物质的湮灭经常发生吗？

    常进：如果暗物质真的相互间发生湮灭，那么它每时每刻都在发生。但湮灭率太低，人类很难探测到相应的产物。

    记者：我们的卫星就是探测附近发生的湮灭吗？

    常进：如果湮灭产生伽马射线，那么我们可以探测非常遥远的宇宙空间；如果是高能电子，那就只能探测太阳系的附近区域，因为高

    能电子的传播距离不能太长。但要注意，这里所说的“附近”，实际上指的也是3亿亿千米这样的距离。

    记者：现在研究暗物质主要通过在加速器上“制造”，在地下直接观测，以及到太空间接观测3种方法。这3种方法之间是什么关系？也会互相印证吗？

    常进：这3种方法互为补充，可以互相印证。如果我们在天上找到一种暗物质粒子，它的质量超过现有加速器的能量上限，那么加速器的能量就必须再提高。同样，如果我们把暗物质的质量弄清楚了，也会指导地下的直接探测实验去修改他们的方案。比如，清华大学、上海交大目前致力于寻找低质量的暗物质粒子，国际上一些科研团队主要探测大质量的暗物质粒子。如果我们准确知道了暗物质粒子的质量，那地下实验的目标就会变得比较明确。

    记者：只要有湮灭我们就能发现吗？

    常进：不一定能发现，必须要积累到一定的量以后才能发现。这跟仪器的灵敏度有关系，仪器灵敏度越高，就能发现越微弱的湮灭。我们的暗物质卫星即使找不到，也不代表这种方法未来找不到。天下武功唯快不破，做物理就是越灵敏，才越有可能有发现。

    打开新窗口，然后拭目以待

    这个探测器本身就是一个望远镜，必然会有新奇的现象，但能不能逮到暗物质，目前我们还不清楚

    记者：对于这次发射的暗物质卫星有什么期待？

    常进：我现在期待它工作正常就行了。只要卫星工作正常，就为我们打开了一扇新的窗口，阳光就会照进这个窗口来。

    如果指望暗物质卫星一下子就能把暗物质准确找到，这个期望太高了。我们这颗暗物质卫星，只是瞄准暗物质可能产生的一种现象，也就是暗物质粒子湮灭或者衰变的时候，它会产生的一些高能粒子，这叫间接法。至于间接法能不能找到暗物质，我现在也无法告诉你。我可以告诉你的是，尽管暗物质粒子探测器最主要的目标是去找暗物质，但这个探测器本身就是一个望远镜，一旦打开这扇新的窗户，必然会看见好多新奇的现象。究竟这个新奇的现象是逮到了暗物质，还是其他的一些新的天文、物理现象，我们还不清楚。对我们天文学家来说，最重要的是要做一个可靠的仪器，高分辨率的仪器，这样我们打开的这扇窗就不会是模模糊糊的，会看到一些很清晰的物理构成和物理现象，这是最关键的。

    在暗物质这种前沿问题上，它的基本物理性质还没有弄清楚，谁都不能保证百分之百一定就能找到暗物质。这就是暗物质研究在国际上这么热，但是到目前为止还没有什么新的进步的原因。目前为止我们弄清楚的一点，就是高能电子有异常。这种异常究竟是不是来自于暗物质，我们不清楚，但我们这颗暗物质粒子探测器也不是盲人摸象，而是因为确实发现了异常，我们才要做出一个这样的探测器，打开一扇新的窗口，去看看究竟是怎样的现象。弄清楚了这个异常，就是一个很大的成果。

    认定暗物质，理论物理学家说了算

    我们现在的宇宙探索，只有弄清暗物质的物理本质以后，才能说它对未来产生什么作用

    记者：究竟观测到了什么就表明是暗物质？

    常进：实际上我们也不是很清楚，我们作为观测学家，或者实验物理学家，只能说把这个仪器做好，它发现的任何东西对我来讲都是很新奇的。但是判断暗物质，要由全世界的理论物理学家说了算，理论物理学家都认为它是暗物质，那么就是暗物质。我们会发布对伽马射线、宇宙线的高精度测量结果。实际上，伽马射线谱线、高能电子能谱、高能正电子能谱，伽马射线空间分布等，都可以用来研究暗物质。

    记者：暗物质卫星还可以探测宇宙线，伽马射线，这些又能解答什么问题？

    常进：本来它就是一个宇宙线望远镜，除了暗物质外，它还可以找到宇宙线和伽马射线。我们可以去研究宇宙线的起源、传播和加速。宇宙线发现了将近100年，但是宇宙线的物理起源，人类到现在也没有弄清楚，这是很奇怪的。

    记者：暗物质粒子湮灭产生的能量，以及宇宙线，如果我们将来对它们研究清楚了，是否可以加以利用？

    常进：首先要弄清它的物理性质，至于未来它有什么样的用处，现在还不好说。量子物理刚发现时，人们认为这一点用处都没有，但是现在什么都跟量子物理有关系。我们现在的宇宙探索，只有弄清暗物质的物理本质以后，才能说它对未来产生什么作用，但是物理的进步会导致科技的进步，这是百分之百肯定的。

    记者：有的专家说现在已经在发现暗物质的边缘，丁肇中先生有一次接受采访说，还有5到10年就能发现暗物质，你认为还要多长时间才能发现暗物质？

    常进：我认为要确定性的发现暗物质，需要全世界相关科学家的共同努力，准确时间难以预计。