暗物质粒子探测卫星的工作原理是什么？

能帮助科研工作做些什么？现在国际上的暗物质探测技术是怎样的？ 相关消息： 从中国科学院获悉：由该院承担研制、生产工作的暗物质粒子探测卫星取得重要进展，由四层粒子探测器组成的科学探测有效载荷日前联试成功，顺利交付卫星总体，为今年年底卫星在酒泉卫星发射中心升空奠定了基础。 » 中国2015年底将发射暗物质粒子探测卫星　　大家好，我是中科院紫金山天文台副台长，研究员，中国暗物质粒子探测卫星首席科学家常进。很高兴有机会在这里，把暗物质的情况给大家分享一下。接下来我就给大家简单科普一下什么叫暗物质，暗物质是怎么发现的，相关的构成，以及如何探测暗物质，国际目前最新的探测暗物质的情况是什么样的……

• l 暗物质的发现
  

　　我们是天文观测者，唯一的特长是用望远镜去观测。所有的问题，我们都希望能通过望远镜看清楚，希望通过物理的探测，研究它物理的本质。

　　打个比方，我们的工作就像人口普查，只不过为了弄清地球上人口的分布情况，我们可能是通过造一个望远镜到天上去，晚上来观测地球表面的发光情况，根据光亮的大小，把人口估算出来。

　　可是没有亮光，是不是就没有人呢？通过发光的方法研究人口，其实不一定准确。

　　回过头来，我们讲暗物质的发现。

　　测量物质的分布，其实跟刚才一样，也可以通过发光的方法。消除了距离的不确定因素、发光的多少、强度的大小，就可以把整个天体的质量大概的估算出来。

　　我们把这个问题引入到更宏观，测量天体的质量。

　　其中一种方法是测量天体的发光度，根据发光的强度算出来发光物质的质量。

　　还有一种方法，根据万有引力定律，测量物质的质量或者天体的质量，即是去测量速度和距离的关系，把速度和距离测出来了，天体的质量就可以测出来。

　　人造卫星绕地球转的时候，把人造卫星到地球的距离测出来，人造卫星在该距离上的速度测出来，地球的质量就测出来了。卫星离地球远的时候，速度会慢下来，离地球近，速度会很快。当我们观测到如果人造卫星离地球很远的时候，它还保持那么高的速度的话，人造卫星肯定要跑出地球，进入太阳系。如果速度再大，它就可能飞出太阳系。

• l 暗物质概念的提出
  

　　上世纪三十年代，瑞士天文学家Fritz Zwick在研究Coma星系团的时候发现星系团中的星系弥散速度非常大，根据维里定理计算出的星系团的总质量要远大于根据发光度计算出来的星系团质量。也就是说星系的运动速度太快了，仅靠星系团中的发光物质是束缚不住速度如此大的天体的。他推测星系团中存在着大量不发光的物质，并称之为暗物质。

　　小朋友弄一个球，绕着绳子转，转的速度越来越快，球肯定要飞出去，道理是一样的。

　　当时测量星系的速度，光谱仪的测量精度还不是很高，尽管他当时提出了暗物质的想法，但是并没有得到大家的认可，大家认为有可能是系统误差，测不准。

　　过了三四十年，到上世纪70年代，美国有一个女天文学家Vera Rubin（她除了诺贝尔奖外，已经得到了物理学上所有的奖）。她当时观测速度采用的是世界上最先进的光谱议，测量的误差很小，也就是说测量技术没问题。

　　她观测的不是星系团，而是星系里面恒星和其他星际物质的旋转速度，根据万有引力定律，随着距离的增加，速度往下降。但是她发现实际观测中，距离增加时，速度并没有往下降，跟万有引力相差比较大。

　　星系里面这些物质的旋转速度太快了，光靠发光物质的引力无法将恒星束缚在星系里面。如果质量的分布就是发光物质的分布的话，这些物质早就跑到星系外。现在没有这样，这说明星系里面必然存在大量的看不见的物质，也就是暗物质，其产生的引力才能将这些物质束缚在星系里。
　　这个就是暗物质的概念。从上世纪70年代开始，渐渐得到了人们的认可。

　　这位女天文学家早期研究的是星系成群还是随机分布。现在我们知道，存在大量的看不见的暗物质，首先形成网，像引力井一样，可见物质掉到引力井里面，渐渐形成了恒星、星系、星系团，星系团肯定是成团分布的，宇宙网的基点上是星系团。

　　这些认识现在得到了大家的认可，但是在上世纪50年代，她博士论文中的这个结论，却15年没有得到认可，因为按照当时的理论分析，星系应该是随机分布的，均匀分布的星系是不会成团分布的。
　　银河系里面的恒星有四大旋臂，这些恒星都在臂上，并不是在星系里面均匀分布，也是成群、成团的分布。现在这些问题很容易解释，在那个时代，还没有人发现。研究星系旋转曲线，得到了暗物质概念，基本上她算成功了。

　　其实，她发现暗物质之前，一个丹麦天文学家早就发现了银河系里面的恒星旋转，其速度并没有随着距离的增加而降低，而是保持不变。但他认为可能是测量的问题，可能是系统误差，他尽管发表了，但是没去解释暗物质，从其他方面去解释的。

　　这告诉我们，在研究过程中，一些看似不起眼的蛛丝马迹，很可能会导致重要的发现。对一些特殊的现象，要深入的研究，而不是简单的把它放过去。

　　我们再看太阳系。按照发光物质的分布，太阳与银河系的中心大概是8KPC（KPC：千秒差距，天文学上量度距离的单位，1KPC等于一千个秒差距或者3260光年）的距离，推断出来的速度是每秒160公里，而最新的测量数据是每秒240公里。也就是说，理论上发光物质的分布得到的速度要高50%，太阳系必须存在大量的看不见的暗物质，否则太阳就飞出银河系。

　　刚才是旋转曲线，人们认为牛顿的万有引力定律，可能在宇宙学的尺度上存在问题，要得到距离和速度的关系，我们可以通过修改万有引力定理得到曲线。

　　星系发光物质的分布，当然可以通过钱德拉望远镜把它观测出来。

　　研究两个星系的质量分布，我们还可以通过另外一种方法，引力透镜。

　　今年年初引力波很轰动，根据爱因斯坦的广义相对论，光线在引力场中不是沿直线传播的，而是会有一定弯曲。根据光线的弯曲的大小，可以把质量分布测出来。

　　两个星系团碰撞时，暗物质不发生相互作用，有没有物质，产生的速度一样。但是普通物质和普通物质之间存在着相互作用，所以它走的慢一点。这样就形成了一个只包含暗物质的区域，这样的观测结果是无法用修改引力的方法很好的解释的。

　　世界上没有一个容器能把暗物质装起来，暗物质与普通物质不发生任何相互作用，任何东西都挡不住暗物质。想把它抓住，不可能，它会从你的身上溜走。这种观察技术出来以后呢，基本上暗物质越来越受到大家的认可。

　　宇宙中95%的是看不见的物质——暗物质和暗能量，其中暗物质占宇宙的总能量密度的27%，人类只弄清了宇宙的5%（即可见物质）。

　　根据当前的观测技术，基本上可以把暗物质的物理性质统计出来，不发光，密度大。可见物质是5%，暗物质是可见物质的5倍，27%。暗物质寿命长，它来自于宇宙大爆炸，现在已经138亿年，如果暗物质的寿命很短的话，它早就衰变了，不存在了。

　　由于标准模型中的所有基本粒子，人类已经发现了，所有的基本粒子我们都找到了，没有一个基本粒子与暗物质粒子相匹配，标准模型中所有的粒子都不满足这些性质。也就是说，如果我们找到了暗物质粒子，它肯定不在标准模型里面，这也就意味着现有的标准的物理学模型会得到突破。这也是为什么暗物质这么热。

　　宇宙中最不可理解的事，是宇宙居然是可以理解的，这是爱因斯坦讲的，他完成了广义相对论，说出了这一段话，通过广义相对论，他认为能把整个宇宙了解了。但是他把这个话说早了，现代宇宙还没有完全理解，因为暗能量和暗物质还没弄清楚，宇宙到现在为止，还是不可以理解的。

• l 暗物质的探测
  

　　现在是一个探测暗物质的时代，把暗物质弄清楚，肯定会导致物理学革命。
　　怎么探测呢？有三种方法。

　　第一种是在加速器上模拟宇宙大爆炸。

　　加速器探测就是通过高能粒子碰撞，模拟宇宙大爆炸，将暗物质粒子打出来，然后去探测，这比较容易理解。

　　人们弄清楚了高能粒子都是可见的，通过可见的高能粒子碰撞，产生看不见的暗物质粒子。
　　世界上最大的加速器在瑞士，有两个大的实验装置，一个是ATLAS，一个是CMS，这两个设备都耗资10亿元以上，用来探测最高能的基本粒子。在暗物质问题上，已经工作了五六年了，还没有取得任何革命性的进步。对暗物质不同的模型，提出了一些限制，但是没有根本性的找到暗物质粒子。

　　第二种方法，在地下直接探测，即在地下直接探测暗物质粒子与普通原子核碰撞产生的信号。
　　暗物质粒子和普通原子也许会存在碰撞，就像两个小球碰撞一样。暗物质不可见，但是暗物质和普通的原子核碰撞以后，普通的原子核会动起来，如果原本静止的原子核动了一下，就可能是暗物质碰撞引起的。这种方法就是通过探测暗物质粒子与普通原子核碰撞产生微弱信号来探测暗物质粒子。

　　为什么要到地底下去呢？
　　我必须把本底加上。

　　其一是我们的地面上，使用的一般材料里面都有很微量的放射性元素，这些放射性元素衰变的时候，发出的能量范围和暗物质粒子碰撞范围一样。

　　其二是宇宙线，天上随时随地有大量的高能粒子飞到大气里面，高能粒子和大气作用，产生大量次级粒子，这些次级粒子也是暗物质粒子探测的本底。

　　把宇宙射线本底屏蔽掉，必须放在地底下。放的越深，宇宙射线产生的本底会越低。这种实验很热，韩国、中国台湾都有这样的实验去探测暗物质。

　　我们国家将在锦屏山地下建世界上最深的地下实验室来探测暗物质。我们国家的实验室深2500米。它不是往地底下去，而是在高山打隧道，在隧道里面建实验室。在四川的锦屏山雅砻江，为了建这个实验室，打了一个隧道，穿过锦屏山。

　　如果我们要探测暗物质跟原子核的碰撞，现在有三种物质可用于实验，一种是半导体硅，让硅原子和暗物质碰撞。另一种是氙气，氙是惰性气体，大气里面会存在微量的氙。还有氩。

　　假设暗物质的质量是120个氢原子核，一个人是50公斤，每秒钟是5亿个暗物质粒子穿过你。如果是一个GeV呢，提高10倍，每秒钟有50亿个暗物质粒子穿过你。不要害怕，如果穿过你，和你发生影响了，我们早就探测到暗物质粒子了，现在探测不到就是因为它和你没有发生任何相互作用，我们找不到。

　　探测方法有两种，一种是时间调制法，一种是事例搜寻。

　　地球绕太阳转是圆圈，太阳绕银河系也在转。从银河系里面假定一个暗物质风，不停的吹出来。春天，暗物质风和地球运动的方向是一致的。秋天是相反的，绕了一圈，有时跟暗物质同向，有时跟暗物质反向。

　　这就好比如果你和人群是同方向运动时，你每秒钟碰到的人数基本上不变；如果和人行的方向相反，不停的碰到不同的人。因为你碰到的暗物质粒子一年四季不一样，会看到一个调制现象，春天多，秋天少。根据时间变化，我们可以找到暗物质。根据一年四季碰到的暗物质粒子的数目不一样，探测变化的曲线，这是时间调制法。

　　我们中国科学院高能物理所和罗马的几个大学合作，在意大利探测到了调制曲线。春天、夏天、冬天温度是变化的，湿度是变化的。由于温度湿度的变化，大气的变化，都会产生这些调制现象。调制究竟来自于暗物质，还是来自于一年四季气侯的变化，现在还没有弄清楚。

　　现在的实验做调制，是一个放在南半球，一个放在北半球。如果看到的调制是一样的，基本排除了细微的变化。

　　但是时间调制法需要很长时间，这个实验做了八年，到现在还没有得到认可，也许过一段时间，能得到肯定的结论。

　　我们刚才讲了，所有的本底来自宇宙射线和材料，通过材料、集团到地底下，把本体降为零，如果来一个信号，肯定来自暗物质粒子。无法区分的本底，通过探测器的技术把它区分开。原子核动一下是一个能量，把能量转变成光信号、电信号、热信号，通过探测光、电、热来探测暗物质粒子。也就是说，把暗物质粒子碰撞的原子核能量转变成光信号、电信号、热信号，通过光的变化、电的变化和温度的变化探测暗物质粒子。这是台湾在使用的技术，不是新的技术。要是把三种技术组合在一起，我们可以把暗物质粒子产生的反射原子核的信号和宇宙线本底区分开来，探测暗物质粒子。

　　把暗物质粒子碰撞原子核产生的信号转变成光、电和热信号来探测暗物质粒子。这样的我们有两个实验室，一个是清华大学的，把暗物质产生的信号转变成电信号探测暗物质粒子。另一个是上海交大的，是让暗物质粒子和大气里面的惰性气体原子核碰撞，原子核动一下会发光。把探测器加上强电场，通过探测光和电两个信号来探测暗物质粒子。

　　世界上那么多实验室探测暗物质粒子，目前为止，没看到具体的信号，只给出了一个下限。一般的探测器100公里内探测到，说一下100公里有多少原子，我可以把暗物质碰撞的概率算出来。这是一个截面，碰撞的概率，现在到10的负45次方，还没有找到它。人们认为再过四五年时间，把实验室做得更大一点，或许就能探测到概率更低的信号。

　　第三种是到空间间接探测。到空间去间接探测暗物质粒子在与暗物质粒子碰撞以后，会产生看得见的粒子，通过探测这些看得见的粒子去探测看不见的暗物质粒子。我国去年发射的暗物质粒子卫星“悟空”就属于这一种，待会儿详细介绍。

　　天上的本底很多，天上的高温粒子太复杂了，什么样的高温低密度的都有，通过探测什么样的粒子能探测暗物质粒子？

　　首先想到探测反物质粒子，因为反物质粒子来自于原初粒子碰撞产生的次级粒子，也就是原初粒子，与星际界体、与物质作用才会产生反粒子。在天上的质子是最多的高能粒子，但是反质子很少，只有质子的万分之一。

　　暗物质粒子湮灭时会产生质子和反质子，如果通过产生粒子探测暗物质粒子，本底大概高6万倍，如果反粒子，本底很低，容易探测到。

　　但是怎么探测反粒子？
　　通过磁场。

　　带电粒子在磁场中偏转，根据带电粒子在磁场中偏转的方向，可以定住带电粒子的电的极性。

　　在天上放一个强大磁场是很难的事，人类花了十几年时间，希望在天上放一个超导体，到现在为止，都没成功。这次上天的并不是一个超导磁铁，而是一个普通的永久磁铁。总的重量是7吨，要把一个7吨重的东西送到天上去是很难的事，耗资也很大，大概耗资20亿美元。

　　永磁铁磁场强度不够强，由于磁场强度的限制，高能粒子增加的时候，偏转角度越来越小，以至于测不出来，到300个GeV的时候，偏转角就测不出来了，把偏转的方向测反了的大概是10%。10%不是一个很大的数目，但是我刚才讲了质子和反质子相差1万倍，10%也就是让你的本底一下提高了1000倍，显然测量方法会受到能量限制，随着能量的增加，这种方式不现实，不能用磁谱仪，我们必须寻找另外的方法。

　　另外的方法怎么探测暗物质？

　　寻找一些特征信号，比如说伽玛射线谱线，如果落在GeV以上，探测到伽玛射线谱线，这就是暗物质粒子最强的证据，因为没有其他的天体物理过程能在GeV以上产生伽玛射线线谱。

　　第二个是高能带电粒子的电子频段。其实它也是一个谱线。由于高能粒子在银河系里面传播的时候，银河系里面有磁场，在磁场中传播它会转弯，会产生能量。银河系里面有大量的背景光，尤其电子跟背景光发生相互作用。高能电子在银河系传播，你看到的不是一个线谱，而是一个连续谱，它的能谱有一个，这个截断就是暗物质粒子的质量，暗物质湮灭产生的高能电子的能量不能超过这个质量，这是暗物质粒子的特征。

　　我们知道银河系里面的物质分布是盘状的，如果我探测到伽玛射线谱线，分布是球状的，也可以是云状的，这也是暗物质产生的强烈证据。普通的物质是盘状的，不可能产生云状的伽玛射线分布，只有暗物质和暗物质相互作用的时候才会产生。银河系里面的暗物质分布和普通物质不一样，它是球状分布或者云状分布。

　　最近的观测有了一些进展，地下有进展，没看到信号，天上看到了信号，但是没办法判断这些信号来自于暗物质，还是来自于特殊的天体物理构成。AMS看到天上的正电子随着能量的增加，并没有下降，而是在上升。多出来的正电子来自哪儿？可能是暗物质，也可能是我们没弄清楚的特殊的天体物理过程。

　　十几年以前，我们在南极放了气球，观测到宇宙的电子谱和宇宙线模型相比，也有一个超出，超出的部分来自哪儿，也不清楚。

　　我们看到了一些信号，反电子、正电子、电子与宇宙线模型相比，有一些超出。看到了暗物质六个特征里面的五个，最关键的没看到。现有的探测器由于仪器的灵敏度的限制，或者是分辨的限制、能力的限制，没办法把六个特征全部探全。

　　一般的磁谱仪到了300个GeV的时候，粒子不多了，我们希望用一个新的探测器，测量能段要比AMS-02高10倍以上，把天上的本底区分开来。这就是提出暗物质卫星的依据。

　　为什么提出这个项目？现有的所有的天上的仪器无法给出一个确切的结论：究竟有没有暗物质？它在哪儿？物理性质是什么？由于它们能力的限制，没办法有明确的进展，我们必须造一个新的探测器上天。

• l 我国暗物质粒子探测卫星
  

我国的暗物质粒子探测卫星：悟空，英文名字是DAMPE，是寻宝游戏里面的关键人物，要找到宝贝，必须要找到DAMPE，只有它灵敏，才能把宝贝找出来。我们给它取名DAMPE，希望悟空像DAMPE领着我们找到暗物质粒子。

　　科学院每五年在天上放几个卫星研究空间科学的前沿科学问题（即中科院空间先导专项），我们是第一批项目者。

　　卫星轨道是500公里高，离地球表面500公里，太阳同步轨道降交点地方时为6点30，什么意思呢？早上6点30进入上空，晚上6点30是回来的时间，每一个地方是固定的。重量是1850公斤，功耗600瓦，每天大概搜集到16GB的数据。是去年发射的。

　　这个探测器并不是我们紫金山天文台一家单位完成的，由五家单位联合研制，紫金山天文台、高能物理所、近代物理所、国家空间科学中心和中国科技大学。还包括了国际合作，我们邀请了瑞士的大学和意大利的大学，参加我们暗物质卫星的研究。

　　探测器由四个部分组成。
　　塑闪阵列探测器是一米平方的大的塑闪阵列。
　　硅径迹探测器是高能物理所和瑞士大学、意大利大学联合研制的。
　　BGO量能器是由中国科学技术大学和紫金山天文台研究的。
　　还有一个中子探测器，是由紫金山天文台研制的。

　　这四个探测器组织在一起，它是高空间分辨和高能量分辨的高能粒子、伽玛射线无线望远镜。我们一般用的望远镜是筒子一样的，但跟它的波段不一样，如果光子扩散的波很长，像无线电波段，望远镜就不是一个波了，你家的电视天线就是一部望远镜。到了高能粒子的望远镜，望远镜不是一个望远镜，是高能粒子探测器，人得到高能粒子的能量方向，作用和望远镜一样，不是我们通常所说的望远镜。

　　整个探测器有75916路子探测器，什么概念呢？我们国内最大的加速器是北京谱仪，北京谱仪上所有的子探测器加在一起才4万多，我们这个探测器有7万多路子探测器。我们这么复杂的探测器必须把它装在1米见方的小空间，重量是1吨，有很大的难度。

　　“悟空”的探测对象是高能电子、伽玛射线和宇宙射线质子和重核成分等。望远镜的测量是有能量范围的，除了暗物质以外，我们还可以研究宇宙射线起源。人类发现宇宙射线也有100年了，但是它究竟来自于哪种天体，还不清楚。宇宙射线的起源到现在为止，还是一个未解之秘，也是一个前沿科学问题。

　　我们通过测量高于GeV的高能电子，可以知道它的来源，为什么？

　　当地探测到的高能电子一般来自于附近的天体，不可能太遥远，太遥远的地方的高能粒子传播不过来，在地球上看到的是来自于附近，但是GvE以上的高能电子来自于很近的源，发散于附近，很微弱的，这地方有百分之几的变化。如果你能看到这样的变化，也就是相当于看到了无尽的宇宙射线源，这也是一个很重要的前沿问题，“悟空”也可以研究伽玛射线天文，它本身就是伽玛射线的望远镜。

　　暗物质粒子探测卫星，可以探测电子、伽玛射线、质子事例，每个事例都有四个物理量，能量、方向、电荷和时间，把它组成12个信号，可以解决所有的科学问题。

　　探测器的研制是一件比较复杂的事情，上空间的东西经过三个阶段。

　　第一个是方案阶段，第二个是初样阶段，第三个是正样阶段。方案阶段必须要证明你的方法可行。在初样阶段，证明你研制的探测器能在天上工作，在地球经过严酷的环境实验，证明这个探测器在天上能工作。正样阶段是把探测器重做一遍。

　　我们的“悟空”暗物质粒子探测卫星是2011年12月立项，电性件是小型的暗物质粒子探测器，在地面证明能正常工作，然后拿到欧洲去标定一下，证明你的方法可行，才能进入初样阶段。

　　初样阶段，就是要研究和它一样大的探测器。但是通过这样的探测器证明你的探测器能在天上严酷的环境能生存下来，要做各种各样的实验，温度实验、力学实验等等。实验全部通过了，才可以做一个样机。

　　我们的探测器要满足暗物质探测，提出了很高的指标，动态范围。什么叫动态范围？探测器从最弱的信号到最强的信号要覆盖得宽，我们的覆盖宽度是18万倍，最低的能量到最高的能量之间差距是18万倍，是世界上动态范围最大的探测器。

　　探测器是1.06吨，整个卫星重量1.9吨，暗物质粒子探测器是1.45吨。里面有616支光电倍增管，616路高压电缆，1848路信号电缆，4.5万个高压焊点，16块电子学板，92只接插件，136路热电，就是测温度的温度计，48路也是测温度的，这个精度高一点。要把这么多东西装在一个很小的空间里，是一件很困难的事，用了很多的时间。

　　分压板有两个硬币这么大，这么小的板子没有什么高技术，但是我们要把它做好。18万倍的动态范围，最主要的就是由分压板来保的。

　　我们有两个教室，定了30个版本，花了一年半时间才把它做好。但是要把它配合到一起，满足18万倍，是很困难的事。

　　我们做了大量的实验，做了30版，每次追8000个问题，再提高，再改。我们还要委托日本的公司一起做，花了一年多的时间，发现我们的动态范围比日本人更大一点。

　　看上去很简单的一件事，把它送上天要做很严格的实验，保证你的性能达到指标，才能把它送上天，否则你前面的工作全是白费。

　　接着是电性件研制。需要做一个小的探测器，大部分是中国科技大学的学生完成的，但是老师先把它设计好，学生把它制出来。制出来一个小型的样机，相当于暗物质粒子探测器的八分之一的大小。2012年7月，我们在南京进行测试。

　　除了进行工程样机的制作，还要做一个工作，是什么呢？如果探测器太重了，1吨多重，中国没有一个卫星有1吨重，需要我们证明1吨重的东西能够上天。我们做了结构，用铁棒模拟它，把所有的外形和上天的面做好。把它放在卫星上，跟卫星一起，保证卫星发射的时候，能够满足口径和震动的条件。

　　鉴定件是工程样机，和天上一样，但是要满足天上严酷的环境。

　　每一个板子做好以后，不能立即装上去，经过18.5次的高低温循环，保证板子的性能不变，才能装在探测器上。一块小的电路板要经过16个工序才能做好。几十个工人干了一个月。做好了以后，拿回到中国科学技术大学进行安装测试。测试完了以后，还要跟晶体进行配对测试，把它匹配好。

　　宇宙线阵列测试也是在中科大。每一个线路板都要经过18.5次的热循环，从零下25度到零上45度，证明它能碰撞。由于有8000多根电缆，全部在1米见方里面安排好，否则就乱套了。把它编成一个辫子，怎么编，都要测试。测试通过了，发现能工作，我们再真正开始干。

　　2013年12月30日，我们开始做样，前面的预备工作都准备好了。工人们把它梳理好，编成辫子，把插头装上去。测试完了，再把电路板绕上去。

　　2014年腊月二十八，还有两天过年，我们才把初样制好，工人回去过年。从正月初三开始，我们再回来进行测试。总装以后，所有的机构再测试一遍。噪声水平达到要求，每层的均匀性达到要求，还有天上的宇宙线的测试。

　　全部完成了，我们从2月份开始把它运到上海去进行磁测试，因为卫星上有磁的传感器，如果你的探测器有很强的磁场，会影响其他的卫星没办法正常工作。就跟手机一样，你的手机不能影响别人的手机，但是别人的手机打开的时候也不能影响你。我们的探测器发出的无线电信号不能影响别人，别人的无线电信号不能影响我们，这叫电磁兼容。

　　太阳光照到的时候，卫星的温度高，太阳照不到的时候，卫星的温度低，卫星的温度每天都在变化。为了模拟这个变化，我们的探测器必须拉到一个箱子里，这是一个房间，从上喷液，把温度降下来，底下通过电炉把温度升上来，要做13.5次循环，证明你的东西能碰撞，从零下60度到零上60度。

　　我们还要把探测器拉到真空里面，这个真空桶大概有三层楼高，模拟在真空的情况下，温度再变化，你的探测器能不能正常工作，我们总共花了1个月的时候，从3月1日到4月3日把实验做完。
　　2014年4月份，我们把指标再测试一遍，证明给专家看，我们的东西能够通过天上严酷的环境正常工作，然后把它交付卫星。

　　在交付卫星之前，还要做一个实验，把它组合成一个望远镜，要进行测试，你不能影响别人，别人也不能影响你，你要和别人配合工作。

　　4月20日，我们把它运到上海，装在卫星上，把实验再做一遍，到8月份，又花4个月的时间，把实验重做一遍。把它装到卫星上，要重做刚才所有的实验，又花4个月的时间。一直到2014年8月底，我们开始进行正样阶段的研制。

　　前段时间同学们看新闻，日本人的卫星失败了，最根本的原因是软件判断写的不是很好。我们的软件总共有3万5千行，一行写错了，就可能导致卫星失败。日本人没考虑太全面，导致了卫星越转越快，最后把卫星转散了。软件也是在天上很重要的一块。我们做了测试，证明软件的功能。

　　因为“悟空”是到天上测量光的粒子，所以能不能测量到，测量的准不准，要做标定。我们国内还没有高能量发射源或者加速器来满足我们卫星的条件，我们的卫星必须拉到瑞士去，做束流标准。什么叫束流标准？加速器把高能粒子引出来，打到探测器上，看探测器能不能正常工作。

　　我们的“悟空”号卫星经过能量测量，是世界上最高的水平。方向测量和世界上最高的水平相当。电荷测量的水平也是和国际上最高水平相当。在上天之前，我们的指标基本上达到世界领先，或者和世界上最高指标相当。

　　天上的高能粒子每秒钟是固定的，你要把暗物质的信号测到，需要更多的时间等。

　　两年之内，我们要做全天覆盖，每个角落都要看到，根据全天的测量结果，我们观测感兴趣的，暗物质多的地方，进行一年的定向扫描，我们计划在年底把第一批科学结果向全世界公布。

　　中科院紫金山天文台副台长，研究员，中国暗物质粒子探测卫星首席科学家（资料图）

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编辑于 2016-09-05谢邀， @张醒 你怎么知道我在这个项目组呢……
我就是 @airsmiler 隔壁实验室的，在这个项目里面已经4年了，专门从事各种搬砖活动。
补充：探测暗物质能帮科研做些什么：
暗物质就像当年的以太一样，只有确定其存在与否，才能够确定现有的基础理论是否正确，简单的说，这玩意就是当代基础物理的一部分，主要是用来完善理论的。
你要问这东西对生活有什么影响，答：现在还没有任何直接影响。但是请注意，145年前，电磁波就像今天的暗物质，科学家麦克斯韦提出了电磁波理论，但并没有被人类发现，直到1888年电磁波才被赫兹发现。没有电磁波，就没有……手机，电报，电视等任何无线传输的电子设备，这就是基础物理对生活的影响。
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其实楼上的回答已经比较详细了，我来形象说明一下：
“暗物质”是什么鬼，其实没人知道。
这玩意很难通过直接手段探测（所谓直接手段就是通过各种望远镜观测不同频率的电磁波）
但科学家们坚信“即使是暗物质”也会湮灭和衰变
而且根据现有理论计算，暗物质和暗能量占宇宙总质量的九成以上
所以即使发生湮灭衰变概率很小，也应该能观测到
不同物质湮灭衰变产生的射线都是不同的，类比指纹
所以只要发现新的射线（伽马，中微子，其他带电粒子）
就能证明有新的物质了（诺贝尔奖妥妥的^_^）
当然啦，不一定是暗物质
PS：通过对比功能比较类似的丁肇中先生的AMS就会发现，我们的DAMPE亮点在于量能器的测量范围和分辨率，你猜为啥？因为量能器占了三分之二的载荷重量~~~~←_←
不过话说回来，DAMPE的科学目标和AMS就不一样，而且科研费用仅AMS的三十分之一左右……编辑于 2015-11-01谢邀。非我专业，刚刚简单的自我科普了一下，以下。

暗物质不是真的“暗”，暗物质之间发生湮灭的话，会放出高能光子（伽马射线）、中微子和其他带电高能粒子（宇宙线）。所以我们可以通过测量这些东西的能谱来判断暗物质的本质。

看宇宙线可以用地面上的宇宙线阵列，羊八井有俩，高能所和意大利及日本合作搞的。
看中微子可以用诸如南极冰立方（ICE-Cube）这种东西。
看高能光子可以通过看高能光子打入大气的切仑科夫效应，例如南非的HESS望远镜，也可以发个卫星上天，例如Fermi卫星。

如果暗物质如我们期待的湮灭的话，我们应该会在高能光子能谱上看到一个峰。
好消息是，我们确实看到了这样的峰。
坏消息是，脉冲星也可以解释这种峰。
而且不同的仪器给出的结果并不一致：丁肇中搞的AMS02和Fermi卫星的结果就不一致。

然后DAMPE本质上就是一个看高能伽马光子和宇宙线的东西，性能上比现有设备有一定的优势：
它的能量分辨率好于Fermi，能探测的能量范围也比较宽，看起来具有一定的优势。

实际上有多大用这外行真心看不出来。
编不下去了。求折叠。发布于 2015-06-01就是探测WIMP湮灭或衰变后的末态粒子。
假如是Majorana粒子，一般湮灭后的产物，particle和antiparticle是同等数量的。且高能天文背景（超新星，脉冲星，microquasar等）的辐射在反粒子段较少。所以对于antiparticle的探测尤其是在能谱上发现一个非常剧烈的下滑将是WIMP发现的一个信号。
针对紫台这个具体的卫星DAMPE，似乎只能探测电子和光子，优势在于能量比Fermi更高达到10TeV且分辨率和角分辨率也更高。不过由于不能探测反粒子，谨慎看好……很有可能物理目标像高能天文转移。发布于 2015-07-08占了这么久的坑，咱来填一填(๑￣ ̫ ￣๑)

我就是  @airsmiler 楼下实验室的，和马班长@马思源同一项目组，没想到这个问题炸出这么多小伙伴……

利益相关： 身处卫星项目中，为了避免不小心写了某些不该写的东东(其实是懒？)，本文通篇摘抄于网上现有资料 (其中大段大段摘抄咱们首席科学家常进研究员的文章：空间探测暗物质简介)，纯科普，完全没有任何干货。

最早提出证据并推断暗物质存在的是20世纪30年代荷兰科学家Jan Oort与美国加州理工学院的瑞士天文学家弗里兹·扎维奇等人。
1932年，美国加州工学院的瑞士天文学家弗里兹·扎维奇最早提出证据并推断暗物质的存在。弗里兹·扎维奇观测螺旋星系旋转速度时，发现星系外侧的旋转速度较牛顿重力预期的快，故推测必有数量庞大的质能拉住星系外侧组成，以使其不致因过大的离心力而脱离星系。
弗里兹·扎维奇发现，大型星系团中的星系具有极高的运动速度，除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上，否则星系团根本无法束缚住这些星系。

图1.星系旋转速度曲线

暗物质（dark matter）刚被提出来时仅仅是理论的产物，之后几十年的观测分析证实了这一点。尽管对暗物质的性质仍然一无所知，但是到了80年代，占宇宙能量密度大约20%的暗物质已被广为接受了。
在众多可能是组成暗物质的成分中，最热门的要属一种被称为大质量弱相互作用粒子(英文叫做Weakly Interacting Massive Particle，简称WIMP)的新粒子。这种粒子与普通物质的作用非常微弱，以致于他们虽然存在于我们周围，却从来没有被探测到过。
（摘自百度百科。。。）

暗物质粒子探测的几种主要方法 @袁本初 童鞋已经介绍的很清楚了。

暗物质粒子探测卫星属于间接探测，通过探测暗物质粒子衰变/湮灭后的“可见”物质，以此反推，去寻找暗物质粒子存在的证据。

暗物质衰变/湮灭后的主要产物是高能正负电子和gamma光子(GeV~TeV)，所以间接探测的探测目标是高能电子和gamma。
由于低能宇宙线(小于100 TeV)在大气中产生的簇射无法到达高海拔的地面，所以地面探测只能探测能量大于100 TeV的高能宇宙线。要探测GeV~TeV能区的宇宙线就需要大气层外进行空间探测。
目前这类空间探测实验最好的结果是由丁肇中先生领导的AMS02小组，他们给出的正电子能谱（图2），当能量>10GeV时正电子通量反常上升，与理论预期不符，代表了空间中有未知的正电子源(可能是暗物质衰变/湮灭产生)。
图2. 正负电子比例谱

另外，伽马射线线谱信号也是一个非常重要的暗物质信号。天体物理过程无法产生伽马射线线谱信号，但是如果暗物质能够湮灭(衰变)产生两个光子，光子的能量等于暗物质的静止质量(静止质量的一半)，这表现在伽马射线能谱上就为线谱信号。Bringman和Weniger在Fermi-LAT 数据中发现了一个约130 GeV的可能的伽马射线线谱信号，不过到现在为止，这个信号的置信度仍然不高。

　　暗物质粒子探测卫星(DAMPE)是我国第一颗空间高能粒子探测器，它是以我国为主，瑞士和意大利参与共同研发的。暗物质粒子探测卫星主要探测电子宇宙射线、高能伽马射线和高达PeV的核素宇宙射线。它具有能量分辨率高,测量能量范围大和本底抑制能力强等三大优点。其设计
　　指标见表1

　　暗物质粒子探测卫星的这些性能优势和它的结构设计是紧密相关的，其结构布局见图4。从图中我们可以看到，暗物质粒子探测卫星的探测器共有四部分组成，分别是：塑闪阵列探测器，硅阵列探测器，BGO量能器和中子探测器。

　　 图3. 暗物质粒子探测卫星结构

　　塑闪阵列探测器的主要功能是测量入射宇宙线的电荷以区分不同核素，也有助于区分高能电子和伽马射线。塑闪阵列探测器主要由兰州的中国科学院近代物理研究所负责研制。

　　硅阵列探测器的主要功能是测量入射宇宙线粒子的方向和电荷。硅阵列探测器是由中国科学院高能物理研究所、日内瓦大学、佩鲁贾大学等单位共同研制的。

　　BGO量能器是探测器最核心的组成部分, 其功能是测量宇宙线粒子尤其是电子和伽马射线的能量。BGO 量能器主要由中国科学技术大学和中国科学院紫金山天文台负责研制。
　　对于量能器而言，做得越厚，能量分辨率就会越高，能量探测范围也就越大。暗物质粒子探测卫星的探测器厚度目前来说是最厚的。

　　中子探测器测量主要用于进一步进行质子电子鉴别，以排除空间大量的质子本底信号。中子探测器主要由中国科学院紫金山天文台负责研制。

　　综上，暗物质粒子探测卫星主要是测量宇宙线粒子的能量，电荷，入射方向等基本信息，以探测GeV~TeV的宇宙射线为科学目标，预期于年底发射，是我国第一颗空间科学卫星，预期在轨工作三年。




　　嘛，这么科普是不是就不这么神秘高大上了呢？实验室师妹已经表示完全不明白为啥这么多人对这个感兴趣……
编辑于 2015-12-01暗物质的证据的寻找目前大概四个思路——

• 天文观测，最早暗物质概念的提出就是因为可见物质的分布无法解释星系的旋转速度分布，06年的ChandraX望远镜对星系碰撞的观察发现的实际质量分布与可见物质分布的偏离也给了一个比较强的暗物质存在证据；但此类寻找太过间接，无法彻底排除大尺度引力修改的效应即最终认定暗物质的存在性，也无法对暗物质除引力效应外的性质进行研究。
  
• 湮灭产物的寻找，这类卫星实验很多，如FermiLAT、Pamela、AMS还有这个新闻里面我国这个即将升空的DAMPE，方法是对宇宙线进行测量并寻找其中反常的分布——比如光子数的超出形成一峰，或者异常的正反粒子比例；这个仍然是间接寻找，而对发现的反常现象往往有多种可能的解释，比如脉冲星也可以解释AMS02实验。
  
• 对撞机寻找，暗物质在对撞机上表现为丢失的横动量，因为它与探测器的相互作用非常弱甚至可能没有，扣除中微子背景后如果仍然有明显的丢失横动量，就很可能是暗物质侯选者；这里比较容易混淆的是一些与探测器作用很弱且寿命较长足以穿出探测器的粒子，它们的寿命虽然足以穿出探测器但可能仍然不足以保持今天的残留密度。
  
• 直接捕获暗物质粒子，这类实验往往要在地下很深处以屏蔽宇宙线背景，这类实验世界上也有许多比如LUX、DAMA、CDMS还有PandaX等等，原理可以是利用暗物质粒子与探测器直接散射的热效应或闪烁，当然这里必须假设暗物质粒子能够与重子物质发生散射，如果暗物质粒子存在但完全与重子物质脱耦，类似实验就无能为力。
  

这其中前两类属于间接寻找，而后两类是直接寻找。

这个新闻里的暗物质粒子探测（DAMPE）卫星我觉得名字取得不太恰当，有点高调了，从原理上它属于上一段所说的第二类，寻找暗物质的湮灭产物的证据，从而间接给出关于暗物质的证据。卫星实验也只能用这个原理进行，因为太空中不可能屏蔽宇宙线背景，所以把宇宙线作为研究对象也是顺势而为。严格的暗物质粒子探测应该指上面的第四种，不过既然这个卫星发射的目标是寻找暗物质，取这么个名字也不能说是错的。发布于 2015-06-16暗物质有很多候选者，WIMP，超对称粒子，中微子等等。
很多人赞同是WIMP，因为我们想观测到暗物质粒子，它必须和我们的普通物质相互作用吧，引力有了，强核力byebye，电磁的话人家暗物质要是和光子有过耦合，咱不就早看到它们了。于是只剩下弱力。

和普通物质相互作用，探测产生的粒子。这么探测可以给出暗物质粒子的一些质量约束。至于相互作用的细节我也不清楚啦发布于 2015-06-02能回答这些问题的都是大神级别的人呀，羡慕！发布于 2016-09-06新闻频道 - 上帝之眼发布于 2016-09-02最近发现的太阳系整个被球形磁场包裹，抵挡宇宙射线。地球实际是被双重磁场保护，如果整个银河系也有类似磁场，那就是3重磁场保护。这个磁场估计跟暗物质有关。这个暗物质一直没有观测到，搞不好暗物质就是一种力，或者存在于恒星或者黑洞内部，以及行星内部。毕竟我们对星体内部一无所知。如果它是一种存在宇宙中的粒子我们早就应该发现了。我认为暗物质这种东西应该存在于我们没有探索过的星体内部，不存在于空间里。编辑于 2017-04-28 发布于 2015-12-17探测器标定
其他回答很详细，我就补充个图就好了。编辑于 2015-06-02　　拿100年前的猜想，到现在还没有证实，我们只相信黑洞
编辑于 2017-10-23　　个人猜测，暗物质是非相对论性的粒子，不参与电磁作用，现有的电磁技术的观测设备，观测不到。既然电磁技术观测不到，根据标准模型，强弱电实质是同一种类型的作用，所以，利用弱作用的技术，应该也不会观测到。
　　其实凝聚态物理里面有现成的非相对论性的粒子的例子，比如声子之类的，也具有波粒二象性，也具有粒子激发湮灭的性质，完全类似于一种粒子。但这种虚拟粒子，完全不适用于相对论，这类例子的质能等效公式里面，E=mv^2，这里v不等于c。但因为这类粒子是理论描述出来的虚粒子，现在不被认为是真实粒子。
　　但是，真实宇宙中，完全可能存在这种真实粒子，这类粒子不适用于相对论。不参与电磁作用，所以不发光。很可能这种粒子还很多。
编辑于 2017-07-19这个不会说出来吧，这东西可能是机密的吧发布于 2016-10-05暗物质与普通物质不发生任何相互作用，原子怎么和暗物质碰撞，难道是单向作用？发布于 2016-09-02