如何解读 11 月 30 日紫金山天文台公布的暗物质粒子探测卫星「悟空」重大成果？

fytvop

不能说发现暗物质，准确的说法是：发现了一个能量在1.4TeV的电子尖锐超出，和0.9 TeV附近的一个非显著超出。


只是这1.4TeV这个尖锐超出在理论上很难通过天文的源头解释，但如果假设是暗物质的解释就会非常自然, 0.9TeV的超出也可以从inverse compton散射上得到合理的解释。最近几年 人们对WIMP 暗物质已经有些持悲观态度，那么悟空的结果是不是让WIMP又喘口气？


现在的问题是，如果是暗物质，那为什么在直接探测和对撞机上没有看到？我们距离真正“观察”到暗物质还有多远还不好说，但肯定是向着正确的方向前进了一步。

傲雪风

暗物质模型中，暗物质也是由粒子组成的，暗物质粒子本身不可探测（无电磁相互作用），但是假设暗物质粒子通过其他相互作用（比如弱相互作用）辐射一些可探测的粒子，比如电子/正电子。这样，因为暗物质粒子有一个比较狭窄的能量分布，它辐射就会对电子/正电子能量谱某一段的分布造成影响。

所以，了解电子/正电子能量分布就很重要。一个很重要的方案就是测量大气层外的宇宙射线，这就要用到太空探测器。在悟空号之前，已经有一些宇宙射线探测器了，比如丁肇中主持的阿尔法磁谱仪（AMS）。那个探测器比较有名的结果是测量了正负电子比例（正电子约占1%）随能量变化的反常，当时认为它间接证明了暗物质存在（暗物质通过弱相互作用影响正反物质比例）。

悟空号不能分辨正负电子，但是在直接测量电子+正电子分布这个方面，悟空号比AMS更精确，而且可探测能量高的多，它是首个可探测TeV（能量单位）以上的区域的太空探测器。
这一点是很重要的，因为在人造射线方面（大型强子对撞机），小于TeV的电子/正电子能量谱已经测量地比较准确了，没有看到暗物质衰变/湮灭的迹象，所以暗物质粒子，如果有的话，更可能辐射出能量大于TeV的电子/正电子，这就是悟空号结果的可贵之处（据说可以测到10TeV）。

这个成果直接测量了宇宙射线中的电子+正电子能量分布。一个发现是，这个能量分布，如果用函数拟合的话，在0.9TeV有一个明显的转弯，这是其他探测器没看到过的（能量不足），高票答案解释为宇宙线随着能量增加而传播距离变短，不管这是不是唯一原因，悟空号都是首次发现这个现象。
另一个比较特别的发现是在1.4TeV，可以看见一个反常信号。如果有暗物质理论可以预言这个反常信号，而且统计学显著性够高的话，就可以说是“直接证明”这个暗物质理论了。

不过这个统计量看起来不够。等悟空号继续取一些数，就会有明确的结果了。

pybbs

额，小白弱弱问一下。不是说暗物质除了引力能作用它以外，其他都不互相作用么。那是怎么观测到的呢？

chaojiwantong

看了一下nature的论文的abstract，这个实验的直接意义是第一次直接观测到了这个能量的高能粒子。所谓直接观测，就是在太空里放个卫星来接收高能粒子；而间接观测则是在地球上建一个探测器，通过测量粒子进入探测器时的能量，反推出它本来的能量。但是因为大气层的原因，间接观测的不确定性非常大，对于电子这种很容易和别的粒子发生反应的粒子来说显然是直接观测比较好。
这次的实验结果准确的说就是在1.4TeV的能量处有一个outlier。考虑到在太空中背景比较少，很有可能是一个峰值，但是至于这个锋值代表什么粒子，现在下结论为时尚早，是不是和暗物质相关也需要更多的证据，期待后续的发展吧。

yehangdy

其实五月份就听科大的同学说了，现在终于能发了