中國科學院紫金山天文臺“悟空”號衛(wèi)星載荷與科學團隊部分成員在工作中。
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在我們身邊，每時每刻都有無數(shù)暗物質(zhì)粒子穿越人體和其他物質(zhì)，看不見摸不著。宇宙中約分布著27%的暗物質(zhì)和68%的暗能量，人類所感知的浩瀚星海，只占剩下5%。隱藏宇宙是什么模樣？
一群仰望星空的年輕人，探尋來自暗物質(zhì)的蛛絲馬跡
距離地球500公里的軌道上，我國第一顆天文衛(wèi)星“悟空”號以日行65萬公里的速度，“捕捉”著四面八方的宇宙射線。在中科院紫金山天文臺，有一群仰望星空的年輕人，日夜兼程“破譯”蘊藏在宇宙射線中的密碼，探尋來自暗物質(zhì)的蛛絲馬跡。
“科學家主要有三種方法探測暗物質(zhì)：利用加速器，將暗物質(zhì)粒子‘創(chuàng)造’出來；在地下布好‘靶子’，等暗物質(zhì)粒子撞擊留下可見粒子的影子；到茫茫太空中，‘捕捉’暗物質(zhì)粒子湮滅或衰變后的痕跡。”“90后”特別研究助理岳川介紹，“悟空”采用的是第三種方法。
2015年12月16日晚上8點，酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，距衛(wèi)星發(fā)射還有12小時，火箭燃料已加注完畢。當年33歲的副研究員胡一鳴登上發(fā)射塔架，開始最后幾小時的星箭維護�！靶睦锾貏e緊張，又特別激動！”他這樣形容當時的心情。
本打算到現(xiàn)場觀看發(fā)射的載荷工程師陳燈意，臨時接到指令，進行發(fā)射前的載荷監(jiān)控。在衛(wèi)星內(nèi)部，4個載荷從上到下組裝在1立方米的空間中，如同一個4層的銀色蛋糕。眼前的監(jiān)測屏幕上，數(shù)據(jù)平穩(wěn)閃動著。
“載荷正常！”“衛(wèi)星正常！”“3、2、1，發(fā)射！”
13分鐘過去，衛(wèi)星張開“翅膀”，開始接收太陽輻射——發(fā)射成功了！看不到發(fā)射現(xiàn)場的盛況，聽不到指揮大廳的掌聲，但他知道許多人都在等待這一刻，眼淚禁不住地往下流。
要想看得更清楚，必須到太空去探測
宇宙高能粒子穿透性強，被探測器的載荷“打碎”成大量次級低能粒子，才能被“攔截”下來觀測。載荷“蛋糕”第三層的BGO量能器，有308根60厘米長、2.5厘米寬和高的晶體，可將粒子轉(zhuǎn)換成熒光光子進行測量——這是“悟空”的一項看家本領。
“套筒要制得筆直，光電倍增器要裝得精確，兩根頭發(fā)絲的誤差就可能導致失敗�！标悷粢馔嘎秷F隊的秘訣：首先要大膽創(chuàng)新，他們首次嘗試用碳纖維材料減重，讓載荷比高達1∶9；又得細心縝密，晶體脆弱易碎，只能一次集成，沒有糾錯的機會；還得考驗毅力，小組從早上9點工作到凌晨兩點，一干就是一個月。
對胡一鳴來說，除了發(fā)射成功，另一個幸福時刻出現(xiàn)在2014年。歐洲核子中心宣布，第一次將中國衛(wèi)星束流試驗項目納入認證名錄。
紫金山天文臺研究員、暗物質(zhì)衛(wèi)星首席科學家常進院士，早在2008年就曾參與南極氣球項目，研究空間探測高能宇宙射線粒子。但氣球飛得再高也還在大氣層里，高能粒子與大氣碰撞就會產(chǎn)生大量“噪音”。要想看得更清楚，必須到太空去探測。
2011年，暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星正式立項。胡一鳴在常進的帶領下，參與了4次束流試驗。這是“悟空”上天前的大考。團隊將等比例縮小的原理樣機運往歐洲，在極其有限的時間窗口內(nèi)，通過爭分奪秒的數(shù)據(jù)測算，考察探測器的可靠性與靈敏度。
“那個中秋節(jié)期間，我們72小時不眠不休堅守試驗現(xiàn)場，完成了一系列高能粒子束流標定，顯示探測器技術指標達到國際先進水平�！焙圾Q回憶，標定成功后，大家累得倒頭睡了兩天兩夜。
堅守初心、奮斗進取，年輕的他們使命在肩
“悟空”上天后，每天傳送回500萬個粒子信息。其中，暗物質(zhì)的“候選者”電子不到千分之一。而且，“悟空”有7萬多路電子學信號通道，這個“沙里淘金”的過程，如同“7萬多個盲人在摸象”。
岳川介紹，如此龐雜的“翻譯”過程，靠人海戰(zhàn)術遠遠不夠，需要開發(fā)軟件來實現(xiàn)自動化、批量化完成——首先把二進制信號轉(zhuǎn)換成可讀信息，將每個“盲人”的感覺統(tǒng)一標準，然后將大家摸到的部分拼湊到一起，構建出粒子的模樣，最后挑選出僅占千分之一的高能電子。
為了提高準確率，分析軟件已修改了約8900次�！皥F隊成員來自天文、物理、工程等不同領域，‘翻譯’成什么形式、如何表述、怎樣存取，每次都要激烈討論�！备毖芯繂T李翔說，一次次交流碰撞中，方案優(yōu)化完善逐漸形成。
日復一日的“解碼”，讓團隊有了新發(fā)現(xiàn)——電子宇宙線在1.4萬億電子伏特的超高能譜段突然出現(xiàn)劇烈波動，呈現(xiàn)一個疑似尖峰。“如果該結構最終被證實，則表明此處有一個全新的物理現(xiàn)象�！崩钕杞忉專m然還無法斷定這就是暗物質(zhì)蹤跡，但可能是離暗物質(zhì)最近的重要跡象。
借助“悟空”的火眼金睛，團隊還繪制出伽馬射線天圖，搜尋可能深藏的暗物質(zhì)蹤影。“盯牢‘悟空’的同時，我們也在準備著下一代暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星的研制�！焙圾Q說。
今年，平均年齡不足35周歲的“悟空”號衛(wèi)星載荷與科學團隊榮獲“中國青年五四獎章集體”。堅守初心、奮斗進取，年輕的他們使命在肩。
暗物質(zhì)和暗能量未來能給人類帶來什么，是現(xiàn)在所無法想象的。撥開“27%”的面紗、探索隱藏宇宙的奧秘，這支青春的隊伍步履不停、勇往直前。
