我国科学家提出“探索极端宇宙”国际科学计划

(互联网图片)

随着科学的发展，人们对物质世界的研究已经扩展到两个极端:微观基础粒子和宏观宇宙研究。中国科学院高能物理研究所研究员张双南认为，微观无穷小和宏观无穷小在研究内容和手段上是不可分割的。“空间实验是粒子物理研究不可替代的手段，粒子物理的研究方法可以在太空中实现，而宇宙的研究也要求我们进入太空。这些极端问题有着共同的物理过程:重力、磁场和加速度。他们共同的研究基础是粒子天体物理学”。

9月16日至17日，由中国物理学会、南开大学、中国科学院大学和中国科学院高能物理研究所联合主办的2018年全国物理科普大会在南开大学举行。张双南在会上透露，中国科学家正准备启动由中国牵头的国际空间科学计划——“探索极端宇宙”国际科学计划。

张双南介绍说，“极端宇宙”涵盖了六个重要的科学问题。极端起源——由大爆炸的极端过程产生的暗物质和普通物质的比例大约是6: 1，但是到目前为止还没有发现暗物质粒子。极端能量——高能宇宙射线的能量至少比人工加速器高1亿倍，但其极端粒子的加速过程仍不清楚。极端天体——宇宙中的高能伽马射线源可能是宇宙超高能粒子加速器，但目前的调查研究尚未完全证实。极端重力——黑洞提供了宇宙中最强的引力场，但是没有精确的观察到在这种极端重力条件下会发生什么。极端磁场——中子星提供了宇宙中最强的磁场，但是在这种情况下没有直接观察到真空波动会产生什么。极端密度——中子星的物质密度是宇宙中最高的，但是它是由中子还是夸克物质组成仍然是一个未解之谜。

张双南将六个“极端”分为两类，“前三个极端主要通过空间粒子探测来研究，后三个极端主要通过空间X射线观测来研究”。在这方面，中国科学家提出了“探索极端宇宙”的国际科学计划，该计划包括两个项目——空间高能宇宙辐射探测设施项目和增强型x射线时变和偏振空间天文台项目。

张双南称，HERD采用了一种具有三维位置分辨率和五面灵敏度的创新设计，并计划于2025年将其安装在中国空间站上，进行空间天文学和粒子天体物理学实验。预计它将在轨道上运行10年以上，并有望在发现暗物质粒子、解决宇宙射线起源和发现极端天体等科学问题上取得世界领先的成果。“海德的核心科学能力将长期保持实质性的国际领先地位，成为中国空间站标志性的旗舰科学实验和具有国际影响力的大型国际合作项目。”例如，中国的“悟空”暗物质探测卫星探测到宇宙高能电子光谱中的一个“尖峰”。如果它的存在能够被证实，无论它是由暗物质粒子湮灭产生的，一种新的天体类型还是一种新的机制，它都将是一个非常重要的科学发现，从而引起国际学术界的强烈关注。“如果HERD能够成功启动，半年内对这一疑似‘尖峰信号’的检测就能达到国际公认的‘发现’标准的5倍标准差，从而彻底解决这场重大学术争论。”

作为“天眼”天文卫星的后续项目，eXTP将以前所未有的能力揭示极端条件下的物理规律:黑洞极强引力场中的物质或中子星表面磁场和核心区域的物质。“我们将eXTP的科学目标概括为‘一个奇数、两个星星和三个极端’。通过观察一个奇怪的黑洞、两颗恒星——中子星和郭强，我们可以了解三个极端——重力、磁场和密度——的物理规律。”

张双南说，该组织是由中国发起和领导的，大约有10个欧洲国家参加。EXTP由中国发起和领导，大约有20个国家参加，主要是欧洲国家。“这很可能是中国发起和领导的最大的国际合作科学项目，来自最大数量的发达国家的实质性贡献。这两个项目已经提出和预研究了10多年，创新性强，技术成熟度高，形成了国际合作团队，开展了大量长期合作，为2025年前启动科技和国际合作做了准备。”