中国第一颗暗物质卫星是什么

2015年12月17日，中国第一颗暗物质卫星悟空发射升空

今天8点12分，中国空间科学卫星系列首星、暗物质卫星成功发射！暗物质卫星拥有世界上先进的探测器，有助于中国科学家在全球竞争中尽快捕获神秘暗物质。这标志着我国空间科学研究进入全面探索阶段！

我国发射暗物质探测卫星的主要目的是什么

其科学目标是在我国暗物质研究和宇宙射线起源方面取得突破，在伽马天文学方面取得重要成果。

国家航天局正在抓紧编制中国空间科学发展“十三五”规划，明确空间科学在国家科技和航天发展中的战略定位、科学目标、探测任务和政策建议。

探月工程后续任务仍将继续，将为我国深空探测及其基础研究提供重要支撑；充分发挥国家航天局的平台作用，积极开展空间科学领域的国际合作与交流；向公众特别是青少年展示和宣传空间科学探索，培养新一代科技人才。

在中国有一个金平实验室。是为了研究暗物质吗？

中国金平地下实验室是中国第一个也是最深的地下实验室，位于地下2400米，主要研究暗物质。深埋地下，实验室几乎没有宇宙射线干扰。也许在不久的将来，这里的新发现很可能会引发一场物理学革命。

世界最深地下实验室开始安装设备

中国金平地下实验室位于四川雅砻江金平山隧道中部。中国金平地下实验室正式开始新阶段的建设，地下极深、辐射本底极低的前沿物理实验设施项目正式进入地下，开始安装实验设备。

1: 100000000厚岩石过滤宇宙射线粒子

为什么实验室要设在地下2400米？

重大科技基础设施科学中心主任钱月表示，现代物理学的重大突破需要极端的实验条件。这个实验室的好处是可以尽可能减少宇宙射线的干扰。厚厚的岩石可以屏蔽大部分宇宙射线。比如山顶上有一亿个宇宙射线粒子会射向这个实验室，最后只有一个能进入这里。

几乎没有宇宙线干扰，使项目能够面向未来的新粒子探测和新物理研究，为粒子物理和核物理、天体物理和宇宙学的重大基础前沿实验研究提供平台支持。

中国金平地下实验室与世界上其他地下实验室相比，岩石覆盖最深，宇宙射线通量最小，可利用空间最大，交通便利，基础设施完备。

可同时容纳多个大型深部实验项目

目前，中国金平地下实验室二期工程正在建设中，未来还将建设8个实验大厅。可利用的地下实验空间将从4000立方米增加到30万立方米，可同时容纳多个大型深空科学实验项目。国际科学界对此高度关注，已有多个国内外科研团队申请。

重大科技基础设施副总指挥、总工程师李说，中国地下实验室不仅服务于中国科学家，还向世界各国科学家和实验室开放，促进了中国的国际科学合作，吸引了国内外顶尖学者开展前沿物理实验，为重大物理突破提供了基础设施保障。

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你应该了解暗物质& # 11015；️

什么是暗物质？

根据普朗克卫星的研究结果，我们已知的普通物质只占宇宙总质量的4.9%左右！这些普通物质构成了恒星、星系等可见的宇宙。宇宙中看不见的暗物质约占26.8%，剩下的68.3%是暗能量。

△图片来自中国金平地下实验室

暗物质是一种看不见的物质。这里所说的不可见，不仅仅是指在可见光波段我们用肉眼看不到，而是无论探测到什么波段的电磁波，比如无线电、红外、紫外、X射线，我们都看不到。换句话说，暗物质几乎不发射任何波段的电磁辐射。

为什么要研究暗物质？暗物质的理论和实验研究将极大地拓展人类对除普通物质以外的宇宙的认识，也为人类理解占宇宙更大质量份额的暗能量问题提供了研究基础，从而成为粒子物理、宇宙学、天体物理等学科的前沿研究课题。这将是人类认识宇宙的一大飞跃，并可能引发一场新的物理学革命。

我怎样才能找到暗物质？

目前一般认为有三种方法:第一种是用加速器碰撞，看在实验中能否产生暗物质；二是空间间接探测；三是测量暗物质粒子与探测器靶核碰撞后产生的信号，通常在地下实验室进行。

△图为中国金平地下实验室(一期)

中国金平地下实验室采用第三种方法探测暗物质。所以地下2400米是绝佳的实验环境。在探测过程中，暗物质可能会受到宇宙射线的影响，而在地表深处，宇宙射线的量只有地表的十亿分之一左右。在这个相对干净的地方做实验，可以避免很多干扰因素干扰实验。

什么是暗物质？为什么还没有人发现呢

宇宙中六分之五的东西好像都没有了，只是我们找不到而已。这些看不见的物质被称为暗物质，科学家们通过世界上一些最大和最昂贵的实验来寻找它。

这些实验一次又一次地空手而归。最近，氙实验科学家经过9个月的寻找，未能找到他们想要的信号。氙实验是一种非常敏感的液态氙。世界上最大的粒子加速器——大型强子对撞机(位于瑞士日内瓦)同样一无所获。所以，你可能会想，我们在寻找什么，为什么？为什么世界上的物理学家对什么是暗物质有如此深刻的分歧？

早在19世纪末，科学观测就告诉我们，宇宙比看上去要大。科学家现在认为瑞士物理学家弗里茨·兹维基是暗物质之父。Zwicky意识到彗星群中的星系似乎移动得太快了。他认为星团中的质量应该是他所能看到的400倍，这有点过了，并称之为暗物质。

薇拉·鲁宾和其他人在20世纪60年代和70年代的研究表明，星系本身肯定大于已知的引力定律。有质量的物体有引力。质量越大，它们对其他物体的吸引力越大。万有引力定律预言，在一个巨大的旋转系统(如太阳系或恒星集合)中，最远区域的物体应该比靠近中心的物体运动得慢，并继续减速。

但这些科学家观察到，星系外缘的恒星并没有减速，它们以同样的速度绕着星系中心运动，甚至比靠近中心的恒星还要快。这意味着这颗恒星承受了更多的重力，并且处于一个比预期质量更大的区域。要么是物理定律错了，要么是这方面有一些奇怪更黑暗的东西。

事实上，在我们整个宇宙中，大质量的天体似乎比看起来要大。在距离地球37亿光年的子弹星系团中，看似空旷的区域仍然有足够的引力使其背后的星系发出的光发生弯曲。

然而，正如芝加哥大学物理学家丹·胡珀(Dan Hooper)在最近的一次会议上解释的那样，暗物质最重要的证据来自对宇宙本身大尺度结构的观察。它似乎无缘无故地显示出某种引力结构，所以我们必须把这些至今没有探测到的东西结合起来。目前的计算表明，这种暗物质的数量大约是普通物质的五倍。

人们已经做了许多尝试，并将继续努力去理解这些奇怪的观察结果。有些人甚至认为暗物质可以用非常暗的物体来解释，比如不发光的恒星(理论上称为& # 34；巨大致密的光环物体& # 34；或者& # 34；MACHOs & # 34)。这个想法后来被驳斥了。

最受欢迎的暗物质候选者之一已经出现，不是来自天文学，而是来自粒子物理学:弱相互作用大质量粒子，或WIMPs。

最广泛接受的假设是暗物质是由弱基本亚原子粒子组成的。在我们的常规物质地球上，这些粒子太弱，我们在这里注意不到，就像微风太轻，推不动砖房一样。

自从千年之交以来，科学家们认为这些粒子随时会被发现。但现在已经不是这样了。由于没有发现WIMPs，物理学家对暗物质有不同的看法:WIMPs还是什么奇怪的东西？

至少在15年前，当人们谈论暗物质时，他们交替使用“暗物质”和“wimps”这两个词。胡珀告诉我们，这是一个渐进但重要的变化，但没有人再这样做了。人们现在对暗物质是由什么组成的有了更广泛的全球概念。

随着2012年希格斯玻色子的发现，粒子物理学家认为他们已经确定了组成宇宙的所有粒子以及它们之间的所有力，并完成了

标准型号。这是一个一致的理论，但它有漏洞。它就像地图上的一个洞穴，有一些神秘的地方，奇怪的和无法解释的风从那里吹来。

这样一个神秘的区域包含了一个新的未发现粒子领域的潜力——每个现有的粒子都有一个邪恶的双胞胎。这些理论上的镜像世界粒子被称为超对称伴随粒子，比标准粒子大。几十年来，物理学家一直对这种超对称性感到好奇，它可能会回答一些关于标准模型的最重要的悬而未决的问题，例如为什么引力与其他力相比如此微弱，特别是控制亚原子粒子之间一些行为的弱核力。

尽管暗物质和超对称各有起源，但它们在20世纪90年代是一致的。当物理学家意识到如果存在超对称粒子，它们可能是解释暗物质额外质量的WIMP时，这种巧合被称为WIMP奇迹。1996年的一份报告写道:在众多WIMP候选者中，动机最好、理论最成熟的是neutralino，它是众多超对称理论中最轻的‘超对称伴随’。换句话说，超对称伴随将变成WIMP。

对WIMP的研究经历了两条不同的道路。一种方法是使用大型强子对撞机将质子(亚原子粒子)碰撞在一起，以便在产生的碰撞中发现一些异常现象，这是以前未发现的粒子可能是暗物质的迹象。到目前为止，LHC的物理学家还没有发现任何这样的粒子。但是他们还没有完成搜索，也不会很快放弃。

一些实验采用了第二种方法。如果有可能宇宙的六分之五是由WIMP构成的，那么这些粒子中的一部分肯定会撞击地球。加拿大、意大利和韩国正在进行这些实验，他们将使用WIMP超灵敏探测器从太空进行探测，将其埋在地下，以防止任何额外的粒子(如宇宙射线)干扰这一设备。这个想法是暗物质粒子会与探测器的材料发生轻微的相互作用。

到目前为止，最灵敏的实验是氙1T，位于意大利一座山脚下，使用一吨低温液态氙作为探测物质。在九个月的搜索中，它还没有找到现在的WIMP。或者更准确的说，它发现了很多暗物质不可能拥有的性质，让我们知道了暗物质可能拥有的东西。

就像在空白的空间里画一个轮廓。到目前为止，科学家已经排除了所谓的& # 34；普通的软骨头& # 34；或者关于WIMP可能是什么的最基本和最明显的想法，他们都同意，真正的WIMP可能非常奇怪，不可预测。

虽然WIMPs还没有被发现，但是这个理论并没有消亡。在WIMP搜索领域，大多数人都觉得WIMP还在，等着被发现。尽管如此，人们还是变得焦躁不安。

2018年春天，物理学家在加州圣巴巴拉的Caffrey理论物理研究所和意大利的Moriond会议上会面，讨论暗物质搜索的现状。显然，许多人正在寻找新的方法来解决这个谜。

俄亥俄州立大学CERN ATLAS实验的博士后研究员詹姆斯·比彻姆(James Beecham)告诉我们:我们一直希望在标准搜索中找到一些信号。由于我们总是空手而归，这迫使人们以完全不同的方式思考。

例如，可能存在另一种粒子，一种具有强相互作用的大质量粒子，简称SIMP。如果探测器不在地下那么深，就能找到。其他人专注于另一种亚原子粒子:轴子，认为它将同时解释失踪的暗物质，并解决粒子物理学中关于将原子核结合在一起的力的另一个问题。另一些人认为它可能没有被发现。

苏黎世大学从事氙合作研究的物理学家LauraBaudis在接受采访时表示:WIMP仍然有很大的参数空间，但同时我们必须探索其他的可能性。

加州大学欧文分校物理学和天文学教授乔纳森& # 8226；JonathanFeng表示，由于探测能力的持续不足，越来越多的年轻物理学家开始寻求更奇特的解决方案。

但是有些人怀疑我们是否在物理定律上犯了一个根本性的错误。如果暗物质只是我们这一代的发光以太呢？科学家曾经认为光必须穿过某种介质才能以波的形式传播。阿尔伯特·迈克耳孙和爱德华·莫利的实验证明了以太不存在，而阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论证明了这一点。也许我们所说的暗物质可以用一种新的理论来解释，不需要找到某种奇怪的质量。

一种理论是修正的牛顿动力学，简称MOND。凯斯西储大学天文学家StacyMcGaugh解释说

艾萨克·牛顿的引力定律需要一个调整来解释极其巨大和缓慢的事物，例如星系非常缓慢的加速边缘。麦格理曾经告诉我们，暗物质是我们早期用来解决问题的牙仙。每当宇宙的一部分似乎违反物理定律时，科学家就会用暗物质来解释这些差异，以填补空白。也许宇宙的那些部分根本不需要暗物质来遵守物理定律，因为它们不遵守我们原本理解的定律。

麦考尔认为，也许暗物质代表了控制引力的最著名的定律:广义相对论的不完整性。现在普遍的态度是，广义相对论是上帝给我们的，不容质疑，所以暗物质一定存在。他说。恐怕我们太崇拜爱因斯坦了。

或者我们误解了引力的起源。阿姆斯特丹大学的理论物理学家埃里克·威林德(Eric Willind)说，也许引力实际上来自量子力学的数学和最小事物的物理学，就像温度来自粒子的运动一样。我们现在认为引力是质量和空间本身相互作用的结果，但也许引力是粒子集体行为的结果。那么，暗物质可能是集体行为的结果，而不是现有的广义相对论。

人们说(暗物质)一定是粒子。对我来说，这些争论毫无意义。我们没有考虑其他可能性。Frind告诉我们，从某种意义上说，暗物质是我们还不知道的东西的占位符。

这两种观点都无法解释暗物质(宇宙的大尺度结构)最重要的证据。

暗物质可能不是WIMP的原因有很多。我们可能误解了物理定律；这些定律可能不适用于暗物质；或者这些法律可能是错误的或不完整的。但是科学家已经投入了大量的时间和金钱来寻找弱暗物质。

即使在最近的研究成果中，科学家也没有发现什么，仍然存在许多不同的WIMP可能性。然而，目前和未来的实验都受到中微子水平的限制。在这个水平上，实验变得非常敏感，以至于暗物质粒子无法与物理学家观察到的另一种弱相互作用粒子(称为中微子)区分开来。

但是在实验到达中微子层之前，还有更多种类的WIMP没有被排除，搜索必须继续。

美国自然科学基金会计划资助一系列实验，这些实验将一直追踪到中微子层中的粒子。它已经决定资助WIMP狩猎实验超级CDM，并正在资助建设中的LZ，它将包含10吨液态氙。Xenon 1t将升级为Xenon nT。也许有一天，一个叫做达尔文的实验会完成这项工作。

不要担心浪费:如果没有发现WIMP，所有这些实验都可以测量暗物质以外的东西。它们可以成为超新星观测站或进行其他粒子物理测量。

即使没有被探测到，来自太空的诱人暗示也继续刺激着科学家对暗物质粒子的兴趣。中国的暗物质粒子探测卫星和国际空间站上的阿尔法磁谱仪似乎都探测到了可能由暗物质粒子引起的信号。最近在澳大利亚的一个无线电接收器上进行的实验检测到了来自第一批恒星的信号，这些信号似乎被早期宇宙中的一些暗物质粒子改变了。

然而，WIMP正在失去它作为统治理论的力量。物理学家探测的时间越长，解释暗物质的新观点就会越多。

我们能找到WIMP吗？没人知道是否真的能找到，但科学家会继续从事科学研究。无论我们怎么想，大自然都不会在意。无论如何，我们必须继续寻找。