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江苏都市网 资讯中心 南京资讯 “悟空”在天上捉“妖”3年,采集30亿高能宇宙射线

“悟空”在天上捉“妖”3年,采集30亿高能宇宙射线

字号: 2018-10-19 16:59:12我要评论()条 来源:现代快报网

在距离地球四五百公里的外太空,有两颗卫星一直绕着地球在跑,一个忙着捉"妖",一个忙着"纠缠",分发密钥;它们分别是"悟空"暗物质粒子探测器和"墨子号"量子科学实验卫星。这两颗卫星背后有些什么科学故事?10 月 18 日,南京市第十二届青年学术年会在南京科技馆开幕。"悟空"暗物质粒子探测卫星的地面科学应用系统副总设计师范一中、"墨子号"量子科学实验卫星项目科学应用系统主任设计师任继刚,应邀而来,和公众分享了两颗卫星背后的故事。

△任继刚

【墨子号】

将来,上海也能看到"墨子号"从头顶掠过

信息安全,可以说是人类千年的梦想。两年前,被命名为"墨子号"的中国首颗量子科学实验卫星开启星际之旅,它承载着率先探索星地量子通信可能性的使命,点燃了建造"绝对安全"通信系统的希望。

"半导体、激光都是在量子力学的基础上发展起来的,互联网、智能手机等一系列与我们的生活息息相关的科技产品,其实都起源于量子力学。"任继刚说,"墨子号"可以说是量子力学的再次革命,它实现了上千公里空间尺度上的量子纠缠分发,彻底终结了保密者与窃密者此前永无休止的游戏。

任继刚介绍说,量子具有不可克隆、不可分割、一次一密等原理,这让窃密者们无法窃取信息,不会出现信息泄露事故。从 2016 年,"墨子号"发射以来,目前已经实现了多个密钥分发。比如:京沪干线上实现密钥分发,建成了由 32 座中继站和 31 段光纤量子线路构成的主干量子通信线路;建成了北京和上海的城域量子通信网络,实现了金融、政务领域的多种应用示范 ……

" ' 墨子号 ' 每天都在固定的时间在我们头顶掠过。它和地面的天文望远镜遥相呼应,形成天地一体化。"任继刚说,除了在太空飞行的卫星外,在兴隆、德令哈、阿里等地都有望远镜,这些望远镜把量子信号发送到天空,给"墨子号"。它们对接的时候,可以看到"墨子号"是一个绿色的点,它飞行经过形成一条绿色的直线。

"我们计划在上海也放一架望远镜,这样,上海的公众也能看到‘墨子号’从头顶过境的样子。"任继刚透露。

【悟空】

未来将发射"悟空二"上太空捉"妖"

有一个幽灵始终萦绕在我们身边,看不见摸不着。2015 年 12 月"悟空"奔向太空,用它的火眼金睛,试图把这个"妖"捉到。这个"妖"不是别的,便是全世界的科学家们都热切捉到的暗物质。

△范一中

元素周期表里有的、能看见的都是普通物质,而看不见摸不着的则是暗物质。范一中说,科学家目前所观测到的普通物质只占宇宙质量的 4.9%,而暗物质和暗能量却占到了 95.1%。"悟空"暗物质粒子探测器的使命就是捕捉暗物质,本质上它又是一个空间望远镜。它的观测能段、能量分辨率超过国际上其他同类探测器,目标是以更高的能量和分辨率来测量宇宙射线中正负电子之比,以找出可能的暗物质信号。

暗物质究竟是什么?范一中表示,坦白说,是谁也说不清的"妖"。它看不见,即便动用以往熟知的任何探测手段,诸如红外线、紫外线、X 射线等,都看不到它。"以前从来没有科学家预想过会在电子的能谱里面看到如此奇特的东西。坦率地讲,不仅仅是我,世界上最伟大的科学家也不太了解它,就因为我们不明白,我们才要坚持研究。"范一中说,"揭开暗物质之谜,将是继哥白尼的日心说、牛顿的万有引力定律、爱因斯坦的相对论以及量子力学之后,物理学的又一次革命性突破。"

这么难捉的"妖","悟空"怎么捉?范一中介绍说,虽然我们看不到暗物质粒子,但暗物质粒子在与暗物质粒子碰撞后,会产生我们能够"看到"的粒子,例如伽马射线、电子和正电子、质子和反质子、中微子等。而且,暗物质粒子湮灭过程中产生的高能电子,反映在能谱上,会是一些奇特的特征信号。"‘悟空’的使命就是在宇宙线和伽马射线等辐射中寻找暗物质粒子存在的蛛丝马迹,间接证明暗物质的存在。

从 2015 年到现在,"悟空"在天上已经捉"妖" 3 年,身体健康,采集的数据也很乐观,共采集了近 30 亿的高能宇宙射线。基于这些数据科研人员成功获取了目前国际上最精确的电子宇宙射线探测结果。那是否意味着已经发现了暗物质?对此,范一中介绍说,这些探测结果还不能确认已经发现暗物质。

范一中透露,未来还将发射"悟空二号",希望在 10 年内,能够破解暗物质的谜案。

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来源:现代快报网 编辑:刘枫

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