暗物质卫星“悟空”利用地磁场测得高精度正负电子能谱 [2025-11-16]

暗物质粒子探测卫星“悟空”号（DAMPE）国际科学团队在宇宙线电子与正电子观测研究方面取得重要成果。研究团队基于“悟空”号近九年的在轨观测数据，实现了在无磁体条件下10–20 GeV能区宇宙线电子与正电子微分通量谱以及正电子比例的测量。相关论文《Measurement of separate electron and positron spectra from 10 to 20 GeV with the geomagnetic field on DAMPE》发表在《Chinese Physics C》(Chinese. Phys. C 49, 115001 (2025))，并被选为当期封面文章及“编辑推荐（Editor’s Suggestion）”。高能物理研究所张双南研究员点评DAMPE实验的结果有效增强了早期实验测量结果的可靠性与可信度 (reinforcing the reliability of these earlier measurements)。

宇宙线电子与正电子是研究高能天体粒子起源、加速机制以及暗物质的关键探针。由于“悟空”号未配备磁铁，其载荷本身无法直接区分正负电荷粒子。研究团队借鉴并发展了Fermi-LAT实验提出的地磁场判别方法，利用地球磁场引起的“东西效应（East–West Effect）”，通过地球阴影在不同电荷粒子方向分布上的差异，实现了电子与正电子的区分。这一方法的应用拓展了DAMPE的科学目标，实现了在非磁体卫星上高精度的宇宙线正负电子微分通量谱测量，并为未来空间高能粒子探测装置的设计与优化提供了重要参考。

研究使用了2016年至2024年的108个月在轨观测数据，利用高精度磁场模型（IGRF-12）对地磁遮蔽效应进行了精确刻画。结果显示，DAMPE测得的10-20 GeV能区电子与正电子通量与AMS-02、PAMELA等磁谱仪实验高度一致，同时为Fermi-LAT结果提供了独立的验证。该成果展示了DAMPE探测器在复杂地磁环境下的高电荷分辨与背景抑制能力，为深入理解宇宙线电子与正电子的起源和传播机制提供了新的观测证据。这一分析工作由物理学院黄光顺教授、张云龙教授、魏逸丰副教授团队独立完成，戴皓珽博士前期完成方法性探索，博士生聂宇是该论文的主要完成人。

该研究得到中国科学院空间科学战略性先导科技专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金委员会等项目的支持。

论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-1137/adfa04

张双南研究员评论链接：http://hepnp.ihep.ac.cn/news/Cover%20Story/94a45689-83b2-4566-8383-2028110dd074_en.htm

图表 1：CPC 杂志2025年第11期封面图

图表 2：DAMPE观测的10-20 GeV (a) 电子 (c) 正电子微分通量谱和 (e) 正电子比例, (b) (d) (f)DAMPE结果和 AMS-02、PAMELA、HEAT的比较