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“悟空”衛星首次直接測量到TeV能區電子譜拐折現象
2017-11-30 | 【

   利用暗物質粒子探測衛星“悟空”(DAMPE)采集到的數據,科研人員獲得了目前國際上最精確的高能電子宇宙射線探測結果,首次直接測量到電子宇宙射線能譜在~1TeV處的拐折,其精確的下降行為對于判定能量低于1TeV的部分電子宇宙射線是否來自于暗物質起著關鍵性作用。相關成果于1130日在《自然》(Nature)雜志在線發表。我校黃光順教授、張云龍副研究員及博士后、研究生組成的科研團隊在科學數據分析工作中作出了重要貢獻。 

   中國科學院日前舉行新聞發布會,宣布“悟空”衛星取得的這一重大科學成果。中科院院長、黨組書記、中科院院士白春禮,中科院副院長、空間科學先導專項領導小組組長相里斌出席發布會。我校副校長朱長飛和核探測與核電子學國家重點實驗室主任、“悟空”衛星工程衛星系統副總師安琪參加了會議。 

   “悟空”衛星擁有世界領先的高能電子、伽馬射線的能量測量準確度區分不同種類粒子的本領兩項關鍵技術,其核心使命是尋找暗物質粒子存在的證據,并進行天體物理研究。 

   我校核探測與核電子學國家重點實驗室成功研制出目前世界上觀測能段范圍最寬、能量分辨率最優、粒子鑒別能力最強的BGO量能器。該量能器是“悟空”衛星的核心分系統,成功實現了電子宇宙射線能譜的寬能區能量測量和高純度粒子區分,為高效獲取高質量的科學數據發揮了關鍵作用。我校黃光順教授作為衛星工程科學應用系統副總師,帶領團隊率先開發了DAMPE科學數據分析軟件,發展了豐富的BGO量能器在軌性能標定、數據分析方法,完成了高精度能量重建工作,是暗物質粒子探測衛星國際合作組中獨立的數據分析小組之一,為科學數據分析作出了重要貢獻。 

  “悟空”衛星在軌運行的前530天共采集了約28億高能宇宙射線,其中包含約15025GeV以上的電子宇宙射線。基于這些數據,科研人員成功獲得了迄今為止能區覆蓋最寬、高能區能量測量精度最高、粒子鑒別能力最優的電子宇宙射線能譜;首次直接測量到電子宇宙射線能譜在~1 TeV處的拐折,反映了宇宙中的高能電子輻射源的典型加速能力,對其精確測量是正確理解小于1 TeV的電子宇宙射線物理起源的關鍵,有助于揭示能量在1 TeV以下的電子宇宙射線是否來自于暗物質湮沒或衰變。此外,“悟空”衛星的數據初步顯示在~1.4 TeV處存在能譜精細結構,一旦該精細結構得到進一步確認,將是粒子物理和天體物理領域的開創性發現。

 

   

  “悟空”衛星工作530天得到的高精度宇宙射線電子能譜(紅色數據點),以及和美國費米衛星測量結果(藍點)、丁肇中院士領導的阿爾法磁譜儀的測量結果(綠點)的比較 

  Nature在線文章鏈接http://dx.doi.org/10.1038/nature24475 

  新聞背景: 

   天文觀測表明宇宙中的暗物質比人類目前熟悉的普通物質(也就是標準粒子物理模型能解釋的物質)要多5倍,其物理本質是目前國際上粒子物理和天體物理領域的最重大問題之一。 

  “悟空”衛星是中國科學院“空間科學”戰略性先導科技專項的首發星,于20151217日成功發射。該衛星的科學目標包括通過在空間高分辨、寬波段觀測高能電子和伽瑪射線尋找和研究暗物質粒子,在暗物質研究這一前沿科學領域取得重大突破;通過觀測TeV以上的高能電子及重核,在宇宙射線起源方面取得突破;通過觀測高能伽瑪射線,在伽瑪天文方面取得重要成果。 

   我校核探測與核電子學國家重點實驗室在先進探測器、前端電子學關鍵技術、大容量高速數據獲取與處理系統技術等方面具備國際一流研究水平,并擁有豐富的國內重大科研裝置以及國際大型探測器的合作設計與建設經驗。自2009年起,該實驗室作為重要成員參與了衛星工程前期論證和預研工作,并完成了地面原理樣機研制。2012年“悟空”衛星工程正式立項后,該團隊攻克了“BGO晶體大動態范圍讀出關鍵技術難題,成功研制了BGO量能器。2015年暗物質粒子探測衛星科學合作組正式成立,該實驗室師生在科學合作組中承擔了重要研究任務,深入參與了“悟空”衛星在軌探測和科學數據分析工作。 

  (中國科學技術大學粒子科學與技術中心、核探測與核電子學國家重點實驗室、物理學院、科研部) 

 

 


核探測與核電子學國家重點實驗室    
地址:北京市918信箱    郵編:100049    電話:86-10-88236054    Email: [email protected]
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