(Asli ditulis oleh pekerja sains dan teknologi / Fan Rui)
Pada 17 Desember 2015, Tiongkok berhasil meluncurkan satelit pendeteksi partikel materi gelap "Wukong" (DAMPE) di Pusat Peluncuran Satelit Jiuquan, yang juga merupakan satelit astronomi pertama Tiongkok. Setelah sekian lama berada di angkasa, penemuan baru apa yang telah dilakukan oleh satelit "Wukong" di alam semesta? Reporter tersebut mengetahui dari Chinese Academy of Sciences bahwa sekitar 2,8 miliar sinar kosmik berenergi tinggi dikumpulkan oleh satelit Wukong dalam 530 hari pertama orbitnya, termasuk 1,5 juta elektron berenergi tinggi dengan energi di atas 25 GeV (1GeV = 1 miliar elektron volt). Berdasarkan data ini Para peneliti telah berhasil memperoleh hasil deteksi sinar kosmik elektron paling akurat di dunia.
Satelit "Wukong" secara langsung mengukur infleksi spektrum energi sinar kosmik elektron pada ~ 1 TeV (1TeV = 1 triliun electron volt) untuk pertama kalinya. Ilmuwan mengatakan bahwa titik balik ini mencerminkan kemampuan akselerasi tipikal sumber radiasi elektron berenergi tinggi di alam semesta, dan perilaku menurunnya yang tepat memainkan peran kunci dalam menentukan apakah sebagian sinar kosmik elektron (energi kurang dari 1 TeV) berasal dari materi gelap. Hasilnya dipublikasikan secara online di majalah Nature pada 30 November 2017.
Benda gelap yang misterius Apakah kualitas itu?
Massa yang ditempati adalah 5 kali lipat dari materi yang terlihat
Satelit "Wukong" adalah salah satu gelombang pertama dari 4 satelit eksperimen ilmiah yang dikembangkan oleh proyek percontohan strategi sains luar angkasa dari Akademi Ilmu Pengetahuan China, dan juga merupakan bintang peluncuran pertama. Tiga lainnya adalah satelit eksperimen ilmiah yang dapat dikembalikan Praktik 10, satelit eksperimen sains kuantum, dan hard disk. Satelit teleskop modulasi sinar-X.
Satelit pendeteksi partikel materi gelap "Wukong" (DAMPE)
Satelit "Wukong" pertama kali diusulkan pada tahun 2005 oleh peneliti Chang Jin dari Purple Mountain Observatory. Terobosan teknologi berawal dari eksperimen pengamatan balon jangka panjang Chang Jin di Antartika, di mana ia menggunakan detektor yang mampu mengukur energi yang sangat tinggi dan memperoleh kurva spektrum energi elektron yang penting. Selanjutnya, dengan dukungan dari mantan Biro Studi Dasar Akademi Ilmu Pengetahuan China dan Kementerian Sains dan Teknologi, Chang Jin mengembangkan prototipe prinsip berukuran 1/4. Pada 21 Desember 2011, proyek tersebut secara resmi dimasukkan dalam Program Percontohan Strategis Akademi Ilmu Pengetahuan-Program Sains Luar Angkasa China. Chang Jin menjabat sebagai kepala ilmuwan satelit.
Menurut Chang Jin, penelitian ilmiah menemukan bahwa komposisi materi biasa di alam semesta hanya 4,9%, komposisi materi gelap 26,8%, dan komposisi energi gelap 68,3%. Materi gelap dan energi gelap menyumbang 95% dari total massa jenis alam semesta.
Materi gelap lebih dari lima kali materi tampak, tetapi manusia tidak tahu banyak tentangnya. Materi gelap tidak memancarkan foton, menyerap atau menyebarkan foton, dan tidak berpartisipasi dalam efek elektromagnetik. Materi gelap memiliki kemampuan penetrasi yang kuat, partikel materi gelap dapat dengan mudah menembus rintangan, mengembara dan terbang jauh di alam semesta.
Ilmuwan hanya bisa merasakan keberadaan mereka melalui gravitasi, dan mereka belum secara langsung mendeteksi materi gelap yang dikenal sebagai "hantu kosmik". Pencarian materi gelap telah menjadi arah yang sedang dikerjakan oleh para ilmuwan di seluruh dunia.
Bagaimana cara menemukan materi gelap?
"Wukong" menggunakan metode deteksi tidak langsung spasial
Sebagai misteri besar dalam astronomi dan fisika modern, materi gelap begitu misterius, bagaimana cara mendeteksinya? Chang Jin memperkenalkan bahwa ada tiga metode utama untuk mendeteksi partikel materi gelap di dunia: akselerator, deteksi bawah tanah langsung, dan deteksi ruang tidak langsung.
Akselerator mengacu pada penggunaan Large Hadron Collider untuk mempercepat partikel dan kemudian memungkinkan mereka bertabrakan. Ini adalah upaya untuk "menciptakan" materi gelap dengan mensimulasikan kemunculan alam semesta pada awal Big Bang. Pusat Nuklir Eropa memiliki yang terbesar di dunia Hadron Collider.
Prinsip dari deteksi bawah tanah langsung adalah bahwa materi gelap dan materi biasa akan bertabrakan dengan probabilitas yang sangat kecil dan mengirimkan sinyal. Karena sinyalnya terlalu lemah, untuk melindungi pengaruh sinar kosmik, para ilmuwan memilih untuk menempatkan instrumen presisi di dasar lubang bawah tanah.Laboratorium Bawah Tanah Sichuan Jinping di China saat ini merupakan laboratorium pendeteksi materi gelap terdalam di dunia.
Satelit pendeteksi partikel materi gelap "Wukong". Diambil oleh Kantor Berita Xinhua He Meng.
Deteksi ruang tidak langsung mengacu pada pendeteksian partikel materi gelap tak terlihat dengan mendeteksi partikel terlihat (partikel biasa) yang dihasilkan setelah pemusnahan partikel materi gelap. Ini juga merupakan metode deteksi yang digunakan oleh satelit "Wukong". Chang Jin memperkenalkan bahwa karena sinyal yang dihasilkan oleh partikel materi gelap sangat lemah, diperlukan teleskop partikel berenergi tinggi dengan resolusi energi tinggi, resolusi spasial tinggi, statistik tinggi, dan latar belakang rendah.
Misi inti dari satelit "Wukong" adalah menemukan bukti keberadaan partikel materi gelap dalam sinar kosmik dan radiasi sinar gamma, serta melakukan penelitian astrofisika.
Satelit "Wukong" mengadopsi metode teknologi pendeteksian baru untuk membedakan jenis partikel yang secara independen diusulkan oleh para peneliti dari Observatorium Gunung Ungu dari Akademi Ilmu Pengetahuan China, dan menyadari pengamatan yang "dapat diterapkan secara ekonomi" terhadap elektron berenergi tinggi dan sinar gamma.
Detektor satelit dikembangkan bersama oleh Observatorium Gunung Ungu, Universitas Sains dan Teknologi Cina, Institut Fisika Modern, Institut Fisika Energi Tinggi, dan Pusat Sains Antariksa Nasional. Universitas Jenewa di Swiss dan Institut Fisika Nuklir Nasional di Italia juga berpartisipasi dalam pengembangan detektor silikon. Platform satelit dikembangkan oleh Institute of Microsatellites dari Chinese Academy of Sciences, dan sistem aplikasi sains dasar dibangun oleh Purple Mountain Observatory.
Apa yang ditemukan oleh satelit "Wukong"?
Dapatkan sinar kosmik elektron paling akurat di dunia
Pada bulan Maret 2016, empat bulan setelah peluncuran satelit "Wukong", ia mengantarkan tinjauan ringkasan uji orbit. Semua indikator memenuhi persyaratan evaluasi, dan indeks bintang keseluruhan dinilai sebagai 100 poin. Selanjutnya, satelit tersebut dikirim ke Purple Mountain Observatory of Chinese Academy of Sciences dan secara resmi memasuki tahap operasi ilmiah. Sejauh ini, satelit telah mengorbit selama hampir dua tahun, dan kinerja semua detektor sama seperti saat pertama kali terjadi, masih berstatus 100 poin. ·
"Wukong" beraksi.
Tanggung jawab ilmiah apa yang ditanggung oleh "Wukong" yang berlari di luar angkasa? Menurut Chang Jin, satelit "Wukong" memiliki tiga tujuan ilmiah utama: mendeteksi partikel materi gelap, mempelajari asal usul sinar kosmik, dan astronomi sinar gamma.
Satelit "Wukong" adalah pemimpin dunia dalam dua indikator teknis utama "elektron berenergi tinggi dan akurasi pengukuran energi sinar gamma" dan "kemampuan untuk membedakan berbagai jenis partikel". Satelit ini sangat cocok untuk menemukan beberapa efek yang sangat tajam yang dihasilkan oleh proses pemusnahan partikel materi gelap. Spektrum energi (spektrum energi mengacu pada perubahan jumlah elektron dengan energi) sinyal.
Chang Jin mengungkapkan kepada wartawan pencapaian ilmiah pertama dari satelit eksplorasi materi gelap "Wukong" Satelit "Wukong" mengumpulkan sekitar 2,8 miliar sinar kosmik energi tinggi dalam 530 hari pertama orbit, termasuk sekitar 1,5 juta sinar kosmik elektron di atas 25 GeV. . Berdasarkan data tersebut, para peneliti telah berhasil memperoleh hasil deteksi sinar kosmik elektron paling akurat di dunia. Hasilnya dipublikasikan secara online di majalah Nature pada 30 November 2017 (waktu Beijing).
Lebih lanjut Chang Jin menjelaskan hasil penelitian ilmiah satelit Wukong Dibandingkan dengan hasil sebelumnya, pertama-tama, rentang pengukuran energi sinar kosmik elektronik dari satelit Wukong telah meningkat secara signifikan dibandingkan dengan peralatan eksplorasi luar angkasa yang telah memperluas jendela kita untuk mengamati alam semesta. . Kedua, elektron TeV yang diukur oleh satelit "Wukong" memiliki tingkat "kemurnian" tertinggi (yaitu, jumlah proton yang tercampur paling sedikit), dan akurasi spektrum energinya tinggi.
Di atas: Spektrum energi elektron sinar kosmik presisi tinggi (titik data merah) yang diperoleh satelit "Wukong" dalam 530 hari, dan hasil pengukuran satelit Fermi (titik biru) Amerika Serikat, dan hasil pengukuran Spektrometer Magnetik Alfa ( Titik hijau).
Pada saat yang sama, satelit "Wukong" secara langsung mengukur infleksi spektrum energi sinar kosmik elektron pada ~ 1 TeV untuk pertama kalinya. Infleksi ini mencerminkan kemampuan akselerasi tipikal sumber radiasi elektron berenergi tinggi di alam semesta. Di bawah 1 TeV) Apakah sinar kosmik elektron berasal dari materi gelap memainkan peran kunci.
Selain itu, data dari satelit "Wukong" sebelumnya menunjukkan bahwa terdapat struktur spektrum energi yang bagus pada ~ 1,4 TeV. Satelit "Wukong" saat ini beroperasi dalam kondisi baik dan terus mengumpulkan data. Setelah struktur halusnya dikonfirmasi, ini akan menjadi penemuan perintis di bidang fisika partikel atau astrofisika.
Menghilangkan keraguan:
1, Apakah penelitian ilmiah berarti penemuan materi gelap?
Diperlukan waktu dua atau tiga tahun untuk menentukan data penelitian
Fan Yizhong adalah wakil kepala perancang sistem aplikasi sains satelit materi gelap dan peneliti di Observatorium Gunung Ungu. Dia mengatakan kepada Kemao bahwa dugaan struktur halus yang ditemukan oleh Wukong pada 1,4 TeV adalah penemuan baru yang tidak terduga bagi semua orang, tetapi tingkat kepercayaannya tidak cukup tinggi, dan diperlukan pengumpulan data lebih lanjut. "Dapat dinilai apakah fenomena baru ini ada dalam rentang energi tinggi paling lambat setahun setelah tahun depan. Apakah fenomena ini materi gelap memerlukan penelitian dan interpretasi lebih lanjut oleh fisikawan teoretis."
Fan Yizhong memperkenalkan bahwa kali ini satelit "Wukong" secara langsung mengukur infleksi spektrum energi elektron di TeV untuk pertama kalinya di dunia. Infleksi berarti ada sumber baru sinar kosmik elektron, tetapi apakah itu terkait dengan materi gelap masih belum pasti. Semakin tinggi energinya, semakin kecil volume datanya, semakin sulit pengukurannya. Fan Yizhong yakin bahwa karya Wukong itu sempurna dan akan ada lebih banyak data, bahkan jika penemuan terakhirnya bukan materi gelap, itu akan menjadi penemuan ilmiah baru.
2, Jika materi gelap ditemukan, apa pengaruhnya terhadap kehidupan manusia?
Saat ini tidak dapat diprediksi, tetapi pasti akan sangat mempengaruhi umat manusia
Jika materi gelap misterius ditemukan, apa dampaknya pada kehidupan manusia? Chang Jin berkata bahwa setiap kemajuan ilmu pengetahuan akan sangat mempengaruhi kehidupan manusia. Ketika mekanika kuantum dan teori relativitas ditemukan 100 tahun yang lalu, tidak ada yang memikirkan bagaimana mereka akan mempengaruhi kehidupan manusia, tetapi sekarang chip seluler, komputer, dan internet semuanya terkait dengan ini. Hidupnya tidak dapat dipisahkan darinya.
Bai Chunli, presiden Chinese Academy of Sciences, mengatakan bahwa penelitian ilmiah telah menentukan keberadaan materi gelap, tetapi teori yang diketahui tidak dapat menjelaskan materi gelap. Jika materi gelap ditemukan, hal itu akan membawa terobosan teoretis dalam fisika dan mengubah pemahaman kita tentang materi.
Lahirnya teori kuantum juga berkembang secara bertahap karena teori konvensional pada masa itu belum dapat menjelaskan fenomena eksperimental. Jika tidak ada teori kuantum dan teori relativitas, teknologi dirgantara, semikonduktor, dan komunikasi kuantum tidak dapat diproduksi, dan ini berdampak besar pada kehidupan manusia. Kali ini "Wukong" telah menemukan tanda baru yang mungkin bisa melahirkan terobosan besar dalam fisika.
Kami masih belum tahu apa yang direpresentasikan oleh hasil ini. Entah itu materi gelap atau tidak memerlukan eksperimen lain untuk mengonfirmasi, karena tidak ada model teoretis yang akurat untuk menjelaskan fenomena ini. Materi gelap hanyalah sebuah konsep sekarang, dan itu juga merupakan isu paling mutakhir dalam ilmu dasar internasional saat ini.
Bai Chunli berkata bahwa jika kita mengetahui apa itu materi gelap, ia akan menerobos kerangka teoretis fisika saat ini dan mengubah kerangka teoretis kita untuk menggambarkan alam semesta.
- Wawancara eksklusif dengan Xu Chenyang: Dikonfirmasi untuk menjabat di MIT pada bulan September tahun depan