在我們身邊，每時(shí)每刻都有無(wú)數(shù)暗物質(zhì)粒子穿越人體和其他物質(zhì)，看不見(jiàn)摸不著。宇宙中約分布著27%的暗物質(zhì)和68%的暗能量，人類(lèi)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(lái)自暗物質(zhì)的蛛絲馬跡

距離地球500公里的軌道上，我國(guó)第一顆天文衛(wèi)星“悟空”號(hào)以日行65萬(wàn)公里的速度，“捕捉”著四面八方的宇宙射線(xiàn)。在中科院紫金山天文臺(tái)，有一群仰望星空的年輕人，日夜兼程“破譯”蘊(yùn)藏在宇宙射線(xiàn)中的密碼，探尋來(lái)自暗物質(zhì)的蛛絲馬跡。

“科學(xué)家主要有三種方法探測(cè)暗物質(zhì)：利用加速器，將暗物質(zhì)粒子‘創(chuàng)造’出來(lái);在地下布好‘靶子’，等暗物質(zhì)粒子撞擊留下可見(jiàn)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(diǎn)，酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，距衛(wèi)星發(fā)射還有12小時(shí)，火箭燃料已加注完畢。當(dāng)年33歲的副研究員胡一鳴登上發(fā)射塔架，開(kāi)始最后幾小時(shí)的星箭維護(hù)。“心里特別緊張，又特別激動(dòng)!”他這樣形容當(dāng)時(shí)的心情。

本打算到現(xiàn)場(chǎng)觀看發(fā)射的載荷工程師陳燈意，臨時(shí)接到指令，進(jìn)行發(fā)射前的載荷監(jiān)控。在衛(wèi)星內(nèi)部，4個(gè)載荷從上到下組裝在1立方米的空間中，如同一個(gè)4層的銀色蛋糕。眼前的監(jiān)測(cè)屏幕上，數(shù)據(jù)平穩(wěn)閃動(dòng)著。

“載荷正常!”“衛(wèi)星正常!”“3、2、1，發(fā)射!”

13分鐘過(guò)去，衛(wèi)星張開(kāi)“翅膀”，開(kāi)始接收太陽(yáng)輻射——發(fā)射成功了!看不到發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)的盛況，聽(tīng)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(cè)

宇宙高能粒子穿透性強(qiáng)，被探測(cè)器的載荷“打碎”成大量次級(jí)低能粒子，才能被“攔截”下來(lái)觀測(cè)。載荷“蛋糕”第三層的BGO量能器，有308根60厘米長(zhǎng)、2.5厘米寬和高的晶體，可將粒子轉(zhuǎn)換成熒光光子進(jìn)行測(cè)量——這是“悟空”的一項(xiàng)看家本領(lǐng)。

“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(dǎo)致失敗。”陳燈意透露團(tuán)隊(duì)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(dá)1∶9;又得細(xì)心縝密，晶體脆弱易碎，只能一次集成，沒(méi)有糾錯(cuò)的機(jī)會(huì);還得考驗(yàn)毅力，小組從早上9點(diǎn)工作到凌晨?jī)牲c(diǎn)，一干就是一個(gè)月。

對(duì)胡一鳴來(lái)說(shuō)，除了發(fā)射成功，另一個(gè)幸福時(shí)刻出現(xiàn)在2014年。歐洲核子中心宣布，第一次將中國(guó)衛(wèi)星束流試驗(yàn)項(xiàng)目納入認(rèn)證名錄。

紫金山天文臺(tái)研究員、暗物質(zhì)衛(wèi)星首席科學(xué)家常進(jìn)院士，早在2008年就曾參與南極氣球項(xiàng)目，研究空間探測(cè)高能宇宙射線(xiàn)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(huì)產(chǎn)生大量“噪音”。要想看得更清楚，必須到太空去探測(cè)。

2011年，暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星正式立項(xiàng)。胡一鳴在常進(jìn)的帶領(lǐng)下，參與了4次束流試驗(yàn)。這是“悟空”上天前的大考。團(tuán)隊(duì)將等比例縮小的原理樣機(jī)運(yùn)往歐洲，在極其有限的時(shí)間窗口內(nèi)，通過(guò)爭(zhēng)分奪秒的數(shù)據(jù)測(cè)算，考察探測(cè)器的可靠性與靈敏度。

“那個(gè)中秋節(jié)期間，我們72小時(shí)不眠不休堅(jiān)守試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，完成了一系列高能粒子束流標(biāo)定，顯示探測(cè)器技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。”胡一鳴回憶，標(biāo)定成功后，大家累得倒頭睡了兩天兩夜。

堅(jiān)守初心、奮斗進(jìn)取，年輕的他們使命在肩

“悟空”上天后，每天傳送回500萬(wàn)個(gè)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(wàn)多路電子學(xué)信號(hào)通道，這個(gè)“沙里淘金”的過(guò)程，如同“7萬(wàn)多個(gè)盲人在摸象”。

岳川介紹，如此龐雜的“翻譯”過(guò)程，靠人海戰(zhàn)術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需要開(kāi)發(fā)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、批量化完成——首先把二進(jìn)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成可讀信息，將每個(gè)“盲人”的感覺(jué)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，然后將大家摸到的部分拼湊到一起，構(gòu)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(zhǔn)確率，分析軟件已修改了約8900次。“團(tuán)隊(duì)成員來(lái)自天文、物理、工程等不同領(lǐng)域，‘翻譯’成什么形式、如何表述、怎樣存取，每次都要激烈討論。”副研究員李翔說(shuō)，一次次交流碰撞中，方案優(yōu)化完善逐漸形成。

日復(fù)一日的“解碼”，讓團(tuán)隊(duì)有了新發(fā)現(xiàn)——電子宇宙線(xiàn)在1.4萬(wàn)億電子伏特的超高能譜段突然出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，呈現(xiàn)一個(gè)疑似尖峰。“如果該結(jié)構(gòu)最終被證實(shí)，則表明此處有一個(gè)全新的物理現(xiàn)象。”李翔解釋?zhuān)m然還無(wú)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(tuán)隊(duì)還繪制出伽馬射線(xiàn)天圖，搜尋可能深藏的暗物質(zhì)蹤影。“盯牢‘悟空’的同時(shí)，我們也在準(zhǔn)備著下一代暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星的研制。”胡一鳴說(shuō)。

今年，平均年齡不足35周歲的“悟空”號(hào)衛(wèi)星載荷與科學(xué)團(tuán)隊(duì)榮獲“中國(guó)青年五四獎(jiǎng)?wù)录w”。堅(jiān)守初心、奮斗進(jìn)取，年輕的他們使命在肩。

暗物質(zhì)和暗能量未來(lái)能給人類(lèi)帶來(lái)什么，是現(xiàn)在所無(wú)法想象的。撥開(kāi)“27%”的面紗、探索隱藏宇宙的奧秘，這支青春的隊(duì)伍步履不停、勇往直前。

關(guān)鍵詞： 宇宙 暗物質(zhì)