暗物質粒子探測衛星的工作原理是什麼?

時間 2021-05-11 12:46:30

1樓:庄建西

我們觀察不到暗物質,不等於暗物質就是平行宇宙。暗物質是自由運動的能量,徹底的自由運動勢力,整個宇宙的暗物質形成乙個整體,沒有形成顆粒也就沒有辦法抽象,所以主觀抽象思維不能認識暗物質。沒有顆粒就沒有磁電現象,所以給實驗物理形成了很大的障礙。

自由運動物質是存在於乙個多維時空,因為物質世界時空是由物質的運動狀態所決定的。我們現在所處的四維時空是膨脹運動勢力,也就是暗能量支撐起來,沒有暗能量的膨脹支撐就沒有四維時空。所以我們就生活在四維時空和多維時空的相互抗衡之中。

生命體的遙感,預感等客觀意識,就是人體的暗物質的功能。因為人體暗物質是多維時空物質。有關平行宇宙的說法實際上是一種現代人胡思亂想,現代迷信。

2樓:nzczll

個人猜測,暗物質是非相對論性的粒子,不參與電磁作用,現有的電磁技術的觀測裝置,觀測不到。既然電磁技術觀測不到,根據標準模型,強弱電實質是同一種型別的作用,所以,利用弱作用的技術,應該也不會觀測到。

其實凝聚態物理裡面有現成的非相對論性的粒子的例子,比如聲子之類的,也具有波粒二象性,也具有粒子激發湮滅的性質,完全類似於一種粒子。但這種虛擬粒子,完全不適用於相對論,這類例子的質能等效公式裡面,E=mv^2,這裡v不等於c。但因為這類粒子是理論描述出來的虛粒子,現在不被認為是真實粒子。

但是,真實宇宙中,完全可能存在這種真實粒子,這類粒子不適用於相對論。不參與電磁作用,所以不發光。很可能這種粒子還很多。

3樓:yf wei

佔了這麼久的坑,咱來填一填( ̄  ̄)

我就是 @airsmiler 樓下實驗室的,和馬班長@馬思源同一專案組,沒想到這個問題炸出這麼多小夥伴……

利益相關: 身處衛星專案中,為了避免不小心寫了某些不該寫的東東(其實是懶?),本文通篇摘抄於網上現有資料 (其中大段大段摘抄咱們首席科學家常進研究員的文章:

空間探測暗物質簡介),純科普,完全沒有任何乾貨。

最早提出證據並推斷暗物質存在的是20世紀30年代荷蘭科學家Jan Oort與美國加州理工學院的瑞士天文學家弗里茲·扎維奇等人。

2023年,美國加州工學院的瑞士天文學家弗里茲·扎維奇最早提出證據並推斷暗物質的存在。弗里茲·扎維奇觀測螺旋星系旋轉速度時,發現星系外側的旋轉速度較牛頓重力預期的快,故推測必有數量龐大的質能拉住星系外側組成,以使其不致因過大的離心力而脫離星系。

弗里茲·扎維奇發現,大型星系團中的星系具有極高的運動速度,除非星系團的質量是根據其中恆星數量計算所得到的值的100倍以上,否則星系團根本無法束縛住這些星系。

圖2. 正負電子比例譜

另外,伽馬射線線譜訊號也是乙個非常重要的暗物質訊號。天體物理過程無法產生伽馬射線線譜訊號,但是如果暗物質能夠湮滅(衰變)產生兩個光子,光子的能量等於暗物質的靜止質量(靜止質量的一半),這表現在伽馬射線能譜上就為線譜訊號。Bringman和Weniger在Fermi-LAT 資料中發現了乙個約130 GeV的可能的伽馬射線線譜訊號,不過到現在為止,這個訊號的置信度仍然不高。

暗物質粒子探測衛星(DAMPE)是中國第一顆空間高能粒子探測器,它是以中國為主,瑞士和義大利參與共同研發的。暗物質粒子探測衛星主要探測電子宇宙射線、高能伽馬射線和高達PeV的核素宇宙射線。它具有能量解析度高,測量能量範圍大和本底抑制能力強等三大優點。

其設計指標見表1

暗物質粒子探測衛星的這些效能優勢和它的結構設計是緊密相關的,其結構布局見圖4。從圖中我們可以看到,暗物質粒子探測衛星的探測器共有四部分組成,分別是:塑閃陣列探測器,矽陣列探測器,BGO量能器和中子探測器。

圖3. 暗物質粒子探測衛星結構

塑閃陣列探測器的主要功能是測量入射宇宙線的電荷以區分不同核素,也有助於區分高能電子和伽馬射線。塑閃陣列探測器主要由蘭州的中國科學院近代物理研究所負責研製。

矽陣列探測器的主要功能是測量入射宇宙線粒子的方向和電荷。矽陣列探測器是由中國科學院高能物理研究所、日內瓦大學、佩魯賈大學等單位共同研製的。

BGO量能器是探測器最核心的組成部分, 其功能是測量宇宙線粒子尤其是電子和伽馬射線的能量。BGO 量能器主要由中國科學技術大學和中國科學院紫金山天文台負責研製。

對於量能器而言,做得越厚,能量解析度就會越高,能量探測範圍也就越大。暗物質粒子探測衛星的探測器厚度目前來說是最厚的。

中子探測器測量主要用於進一步進行質子電子鑑別,以排除空間大量的質子本底訊號。中子探測器主要由中國科學院紫金山天文台負責研製。

綜上,暗物質粒子探測衛星主要是測量宇宙線粒子的能量,電荷,入射方向等基本資訊,以探測GeV~TeV的宇宙射線為科學目標,預期於年底發射,是中國第一顆空間科學衛星,預期在軌工作三年。

嘛,這麼科普是不是就不這麼神秘高大上了呢?實驗室師妹已經表示完全不明白為啥這麼多人對這個感興趣……

4樓:熊卡比

就是探測WIMP湮滅或衰變後的末態粒子。

假如是Majorana粒子,一般湮滅後的產物,particle和antiparticle是同等數量的。且高能天文背景(超新星,脈衝星,microquasar等)的輻射在反粒子段較少。。

針對紫台這個具體的衛星DAMPE,似乎只能探測電子和光子,優勢在於能量比Fermi更高達到10TeV且解析度和角解析度也更高。不過由於不能探測反粒子,謹慎看好……很有可能物理目標像高能天文轉移。

5樓:袁本初

暗物質的證據的尋找目前大概四個思路——

天文觀測,最早暗物質概念的提出就是因為可見物質的分布無法解釋星系的旋轉速度分布,;但此類尋找太過間接,無法徹底排除大尺度引力修改的效應即最終認定暗物質的存在性,也無法對暗物質除引力效應外的性質進行研究。

湮滅產物的尋找,這類衛星實驗很多,如FermiLAT、Pamela、AMS還有這個新聞裡面中國這個即將公升空的DAMPE,方法是對宇宙線進行測量並尋找其中反常的分布——比如光子數的超出形成一峰,或者異常的正反粒子比例;這個仍然是間接尋找,而對發現的反常現象往往有多種可能的解釋,比如脈衝星也可以解釋AMS02實驗。

對撞機尋找,暗物質在對撞機上表現為丟失的橫動量,因為它與探測器的相互作用非常弱甚至可能沒有,扣除中微子背景後如果仍然有明顯的丟失橫動量,就很可能是暗物質侯選者;這裡比較容易混淆的是一些與探測器作用很弱且壽命較長足以穿出探測器的粒子,它們的壽命雖然足以穿出探測器但可能仍然不足以保持今天的殘留密度。

直接捕獲暗物質粒子,這類實驗往往要在地下很深處以遮蔽宇宙線背景,這類實驗世界上也有許多比如LUX、DAMA、CDMS還有PandaX等等,原理可以是利用暗物質粒子與探測器直接散射的熱效應或閃爍,當然這裡必須假設暗物質粒子能夠與重子物質發生散射,如果暗物質粒子存在但完全與重子物質脫耦,類似實驗就無能為力。

這其中前兩類屬於間接尋找,而後兩類是直接尋找。

這個新聞裡的暗物質粒子探測(DAMPE)衛星我覺得名字取得不太恰當,有點高調了,從原理上它屬於上一段所說的第二類,尋找暗物質的湮滅產物的證據,從而間接給出關於暗物質的證據。衛星實驗也只能用這個原理進行,因為太空中不可能遮蔽宇宙線背景,所以把宇宙線作為研究物件也是順勢而為。嚴格的暗物質粒子探測應該指上面的第四種,不過既然這個衛星發射的目標是尋找暗物質,取這麼個名字也不能說是錯的。

6樓:王卓驍

暗物質有很多候選者,WIMP,超對稱粒子,中微子等等。

很多人贊同是WIMP,因為我們想觀測到暗物質粒子,它必須和我們的普通物質相互作用吧,引力有了,強核力byebye,電磁的話人家暗物質要是和光子有過耦合,咱不就早看到它們了。於是只剩下弱力。

和普通物質相互作用,探測產生的粒子。這麼探測可以給出暗物質粒子的一些質量約束。至於相互作用的細節我也不清楚啦

7樓:馬思源

而且根據現有理論計算,暗物質和暗能量佔宇宙總質量的九成以上所以即使發生湮滅衰變概率很小,也應該能觀測到不同物質湮滅衰變產生的射線都是不同的,模擬指紋所以只要發現新的射線(伽馬,中微子,其他帶電粒子)就能證明有新的物質了(諾貝爾獎妥妥的^_^)當然啦,不一定是暗物質

PS:通過對比功能比較類似的丁肇中先生的AMS就會發現,我們的DAMPE亮點在於量能器的測量範圍和解析度,你猜為啥?因為量能器佔了三分之二的載荷重量~~~~←_←

不過話說回來,DAMPE的科學目標和AMS就不一樣,而且科研費用僅AMS的三十分之一左右……

8樓:劉博洋

它的能量解析度好於Fermi,能探測的能量範圍也比較寬,看起來具有一定的優勢。

實際上有多大用這外行真心看不出來。

編不下去了。求摺疊。

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