暗物质的存在已经有很强的证据，但暗物质究竟是什么，直到目前还不清楚，暗物质探测成为目前科学界最大热点之一。紫金山天文台与美国、德国、俄罗斯有关单位合作，历经十年的艰苦探索，利用美国南极长周期气球项目“ATIC”观测高能电子，发现电子能谱在300GeV-800GeV能量区间，与理论结果比较有一个很强的“超”，分析表明该“超”可能是暗物质粒子湮灭的产物，观测结果与暗物质理论预言的Kaluza-Klein 粒子模型（粒子质量620 GeV）吻合得很好。该结果如果正确，不光是解决暗物质是什么这个难题，同时暗示宇宙存在额外维，可能导致物理学方面的重大突破。
研究结果发表于2008年11月20日的《Nature》上。文章共有20位合作者，涉及中国、美国、德国、俄罗斯等国家7个研究单位。紫金山天文台为第一单位，负责科学思想的提出、高能电子探测技术、观测数据分析、理论研究和文章的成文（论文中Author Contribution所述)。
《Nature》为了宣传该论文的科学意义，对第一作者紫金山天文台研究员常进进行了专访，并配以照片，刊登在同期刊物上。《Nature》还在同期“News & View”栏目进行了专门报道。《Science》将以“Dark Matter Story” 为题进行介绍， 另外英国的《New Scientist》、美国纽约时报和《science@nasa 》等国外主流媒体都将在11月20日或稍后对该结果进行报道。
该成果尚未正式发表，已经在国际学术界引起强烈反响。国外同行一致评价，该观测如果被证实，将是人类第一次发现暗物质粒子湮灭的证据。同时在天文观测中，开启了一个新的“窗口”，意义十分重大。
瑞典斯德哥尔摩大学暗物质理论专家Lars Bergstrom教授对《Science》记者说：ATIC数据与Pamela数据吻合很好(PAMELA是欧洲与俄罗斯耗费数亿美元，联合研制的一个磁谱仪探测器)，Pamela只有低能数据，ATIC意义更大，一方面ATIC测量了电子和正电子流量总和，另一方面测量了更高能量范围的上升，并看到了流量下降，所以从ATIC测量结果看，目前的探测结果更像暗物质粒子湮灭。
当然目前电子的观测精度还不高，该“超”也不能完全排除来自于近地附近的特殊天体（尽管目前已知天体的X-Ray 和伽玛射线观测，排除了这种可能）。即使这样，这一结果也很有意义，这是人类第一次直接探测到来自于“天体”的高能粒子。英国爱丁堡大学Taylor教授对《New Scientist》记者说：“即使最后证明该超不是暗物质产生的，ATIC观测对解决宇宙线起源这一未解之谜意义重大。”
该工作得到了自然科学基金的资助，也得到了其它部门的资助。
工作背景：
国际上宇宙高能电子高分辨观测一直是空白，因为在空间观测高能电子是一件十分困难的事情，主要问题是如何将高能电子从大量的宇宙线本底中找出来（宇宙线本底流量比高能电子流量高100到1000倍以上），常用的空间磁谱仪方法（类似于AMS），技术复杂，价格昂贵。紫金山天文台空间室一直工作在国际前沿，希望找到一种简单便宜的方法，在空间观测高能电子。
美国南极长周期气球项目“ATIC”项目原来的科学目标是在空间观测高能宇宙线，电子和伽玛射线不在其列。1998年，紫金山天文台常进研究员与 “ATIC”接触，提出用探测器观测高能电子的建议，但未被采纳。我们通过大量的计算，证明适当地修改设计，“ATIC”可以同时观测高能电子和伽玛射线，结果被“ATIC”项目组初步接受。1999年，课题组专门将探测器运到欧洲核子中心进行实验，测试结果表明我们的探测方法完全可行。2001年，探测器在南极进行了第一次试观测，观测结果表明“ATIC”可以同时观测高能电子和伽玛射线。2002年，探测器在南极进行了正式观测，获得完全成功。2007年，ATIC进行了第四次观测（2005年，第三次观测因为气球的原因没有成功），紫金山天文台专门派人去南极美国基地负责电子观测。探测器专门为了观测电子进行了修改，能量分辨提高了2倍，本底降低了5倍。观测结果与前几次观测吻合得很好。
国外动态：
2008年11月PAMELA公布了其2年的空间观测结果。PAMELA是欧洲与俄罗斯耗费数亿美元，联合研制的一个磁谱仪探测器。该探测器希望通过观测正电子寻找暗物质粒子湮灭的证据，但是其观测上限只能到300GeV。目前的数据表明PAMELA观测到的10GeV-100GeV“正电子超”与ATIC观测到的90GeV-800GeV“电子超”吻合很好。两个探测器采用完全不同的技术路线，得到的结果几乎一致，这是引起国际同行广泛重视的主要原因。
由于暗物质粒子探测意义重大，目前变成了国际上空间探测的热点。ATIC组计划重新研制一个新探测器，高分辨探测宇宙电子谱。AMS意大利组计划研制一个大型正电子探测器，利用气球平台在北极探测正电子。另外日本计划研制一个大型电子探测器，搭载国际空间站观测宇宙高能电子。我国科学家估计随着时间的推移，这方面的大项目会更多。目前我国的研究和观测水平居于世界前列，主要是因为我国科学家认识比别人早，比别人先走了一步。但事实上我国的探测器研制能力与国际最高水平相比还有很大的差距，该成果的取得主要是借助国外的探测器平台。我国科学家认为今后该模式会越来越困难，随着他们掌握了相关技术，国外会独立开展相关工作。
下一步计划:
ATIC和PAMELA的结果表明，电子和正电子空间观测意义重大。下一步最重要的是ATIC在800GeV处的流量“下降”，如果能够将该“下降”观测得更清楚，就可以基本确定暗物质粒子物理性质。从目前暗物质的探测趋势来看，有两个探测内容显得意义重大。
1、宇宙电子在300-800GeV处的流量变化。如果是暗物质湮灭，流量会有一个急剧的变化，这是区分“暗物质”和“天体源”的一个重要判据。ATIC尽管在800GeV处发现流量“下降”，但由于事例数还很少，目前下结论还为时过早。如果能够高能量分辨探测300-800GeV处的高能电子能谱变化情况，对研究暗物质粒子物理性质意义重大。
2、高能电子在300-800GeV处的方向性。由于目前的暗物质模型还无法解释ATIC和Pamela看到的“高”流量。如果能够高空间分辨探测300-800GeV处的高能电子方向变化情况，对宇宙暗物质分布，及物理性质意义重大。
要探测以上两个重要物理量，必须要利用空间平台。按照目前的趋势，我国科学家认为暗物质问题很可能会在下一个10年得到解决。如果我国能够在5年内发射一个大型探测器，可让我国的暗物质研究水平居于国际前列。
紫金山天文台2002年就提出新的探测器方案，借助我国航天能力，到空间观测高能电子寻找暗物质粒子湮灭的证据。基于我国现有的基础与能力，完全有可能获得原始创新性的重大成果。
紫金山天文台这几年通过参加国家重大工程（921，探月）和国际合作，在探测技术和方法上取得了较大进步，某些方面达到了国际先进水平。但总体水平与国际水平仍有较大差距。特别是实验室基础条件非常落后。我国科学家呼吁，为了跟上国际水平，实验室建设是目前的重中之重。没有很好的实验室平台，就无法研制高水平探测器。对此，国家有关部门应给予高度重视。
（董国轩、汲培文、沈林福）