在“星辰大海”中捕捉暗物质的猎手

2021-05-08 22:05:12来源: 光明日报

  在“星辰大海”中捕捉暗物质的猎手

  当你仰望夜空感叹星光璀璨,当你置身黑暗敬畏宇宙的浩瀚,有这样一支团队,在遥不可及的这片“星辰大海”中捕捉一种特殊的猎物:暗物质。这种猎物虽然变幻莫测,但“悟空”号的火眼金睛却有可能在浩瀚的宇宙中捕捉到暗物质湮灭或衰变留下的蛛丝马迹。

  这背后离不开一支科学的团队——“悟空”号卫星荷载与科学团队。这支年轻的队伍,成员平均年龄不足35岁,却填补了中国空间天文观测的空白,打开了高能宇宙线粒子直接探测、空间伽马天文观测的新窗口,开创了我国空间高能粒子物理星载观测的新时代。

  求索,和“暗物质”之间的较量

  “科学上我们最关心的就是空白的领域,这是最容易有新发现的地方。好比一片红薯地,如果别人挖过很多遍,我们就很难有收获。”“悟空”号卫星科学应用系统的总设计师伍健这样说。

  暗物质就是一片未被挖过的红薯地。在浩瀚无垠的宇宙中,存在一个巨大的谜团:宇宙的绝大部分质量是人类不可见的。这种谜一样的存在被科学家称为“暗物质”。天文观测表明,宇宙中的暗物质比人类目前熟悉的普通物质(也就是标准粒子物理模型能解释的物质)要多5倍,其物理本质是目前国际上粒子物理和天体物理领域的最重大问题之一。

  正是瞄准了这一世界科学前沿,2011年底我国暗物质粒子探测卫星正式立项。2015年“悟空”号的成功发射实现了我国天文卫星零的突破,使中国天文学家首次拥有了属于我们自己的卫星数据,改变了此前全球约200颗天文卫星均属于国外的历史。《自然》杂志发表评论称其“开启了中国空间科学新时代”。

  在这背后,“悟空”团队功不可没。在任务要求高、技术难度大、研制进度紧的情况下,团队发扬“特别能吃苦、特别能战斗”的精神,单周工作时长超过100小时成为常态,在数据海洋里以铁杵磨针的精神反复钻研。

  数据分析软件是处理暗物质信息的“大脑”,国内没有相关软件,团队下定决心自己动手开发。没有经验可以借鉴,团队只能摸着石头过河,一次次的失败反而让他们越挫越勇、迎难而上,历经近9000次的更新,软件现在达到了良好运行状态。

  正是这种“千磨万击还坚劲”的精神,锻造了“悟空”的火眼金睛。2015年,卫星顺利升空,太阳翼帆板正常展开,7日后高压电源机箱顺利开机后,“悟空”很快就捕捉到了一个高能宇宙线电子事例。那一刻,团队成员热泪盈眶。

  十载耕耘,只为今朝出鞘亮剑,如今“悟空”号已经正常运行5年有余,是全世界目前在轨运行的同类探测设备中,探测能段最宽、本底鉴别能力最强、能量分辨最优的探测器。“悟空”号所取得的突出科学成果对于解开暗物质谜团和揭示高能宇宙线起源与加速机制具有十分重要的意义。

  接力,续写新一代人的航天强国梦

  “常老师每次都是最早来的,周末也会到实验室看看,每次看见他的身影,我们都觉得应该再刻苦一些。”胡一鸣是首席科学家常进研究员的学生,也是载荷结构分系统主任设计师,他说的“常老师”常进是团队带头人。

  工作中的常进一丝不苟,事无巨细都会亲自指导学生进行研究,生活中的他则更像亲人,谁有什么困难都会倾囊相助。“他真的一点架子都没有,就是那种特别纯粹地去搞科研,这种精神也影响了我们很多人。”团队成员都这样描述常进。榜样的力量,在潜移默化中鼓舞和勉励着团队中的每一个人。

  实验室里的人换了一拨,好像又没有变过。

  无论是甘愿放弃所有节假日、加班加点突破“悟空”号BGO量能器高荷载比支撑结构的胡一鸣,还是从几百万个工程参数中发现一个电阻有虚焊问题的张岩,他们身上都有同一个影子,那就是认真负责、科学严谨的航天人的影子。

  2018年“悟空”号突然“失明”,团队成员19个小时没合眼,大家各司其职、分工协作,及时判断出“病因”可能是太空中的粒子击中它身上携带的某台计算机,导致计算机自动重启。经过一系列复杂的调整指令,最终重新连接了信号,历经19个小时的紧急天地大营救取得成功。

  “空间科学项目十分复杂,一个人的作用有限,要靠集体才能产生更大的能量。”常进把党团活动引入实验室,从一开始只有2人有航天工程经验,到如今35人精细高效的运作,“五四精神”始终是团队的核心词语。这种爱国主义已经根植于团队文化中,形成一种看不见的“团魂”。

  “悟空”团队曾在欧洲核子中心进行数次束流测试,为了第一时间掌握探测器的工作状态,保障实验的顺利进行,“悟空”团队在欧洲成立临时党支部,发挥党员先锋带头作用,以“不怕吃苦、甘于奉献”的精神激励成员在异国他乡坚守实验现场,束流试验的时间窗口有限,团队成员为获取更多数据,曾72小时不眠不休,最终顺利完成了一系列高能粒子束流标定,探测器技术指标达到国际先进水平。

  “大家都很优秀,怎样让一群都很厉害的人团结起来做好一件事,就需要一种共同的信仰。”除了科研,党支部也会组织大家一起观看红色电影、定期召开主题党日活动、节假日带领大家参观历史纪念馆等,红色血液已经渗入到每一个成员的皮肤里。

  十年,团队从寥寥几人、科研设备简单发展成为如今35人高精尖运作;

  十年,我国的天文卫星实现了从“0”到“1”,获取了国际上精度最高的TeV电子宇宙射线探测结果。

  历史总是由无数个平凡、艰辛的小步组成,但每一步都将化为启明的航灯,照亮那通往星辰大海的征程。

  (本报记者 俞海萍 本报通讯员 王岚芳)

[责任编辑:谢南]

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