阿爾法磁譜儀將傳回*數(shù)據(jù) 或發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)證據(jù)

    阿爾法磁譜儀（又譯反物質(zhì)太空磁譜儀，簡(jiǎn)稱AMS）于2011年被放置到空間站（ISS）

  穿越輻射探測(cè)器（Transition Radiation Detector）能檢測(cè)高能粒子的速度；硅追蹤器（Silicon Trackers）用于追蹤粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，軌跡的彎曲程度顯示了粒子的電荷；永磁鐵（Permanent Magnet）是阿爾法磁譜儀的核心部件，能令粒子軌跡彎曲；飛行時(shí)間計(jì)算器（Time-of-flight Counters）能計(jì)算低能粒子的速度；星體追蹤器（Star Trackers）能掃描星域，以確定阿爾法磁譜儀在太空中的朝向；切倫科夫探測(cè)器（Cerenkov Detector）可計(jì)算快速通過(guò)的粒子速度；電磁量能器（Electromagnetic Calorimeter）用于計(jì)算影響粒子運(yùn)行所需的能量；反符合計(jì)數(shù)器（Anti-coincidence Counter）可將干擾粒子過(guò)濾出去。

在宇宙的遙遠(yuǎn)天體之間，引力的作用并不能解釋天文學(xué)家看到的一切，如果只有這些天體的引力，那各個(gè)星系應(yīng)該處于分崩離析的狀態(tài)，因此在各個(gè)星系之間，還存在把它們聯(lián)接在一起的物質(zhì)。天體物理學(xué)家將這種理論中的物質(zhì)稱為“暗物質(zhì)”，我們看不見(jiàn)它們，但它們確實(shí)在星系間起著作用。在zui大的距離尺度上，宇宙正在加速擴(kuò)張。因此我們更需要關(guān)注與引力作用截然不同的暗物質(zhì)。目前的理論估計(jì)，宇宙的73%為暗能量，23%為暗物質(zhì)，而只有4%是我們已知的物質(zhì)。

北京時(shí)間2月20日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，作為人類在太空中進(jìn)行的zui為昂貴的實(shí)驗(yàn)，阿爾法磁譜儀(簡(jiǎn)稱AMS)項(xiàng)目即將向地球發(fā)送回*觀測(cè)數(shù)據(jù)。這個(gè)大型的實(shí)驗(yàn)裝置被放置在空間站上，用于探測(cè)宇宙射線及高能粒子。

諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者丁肇中稱，將于未來(lái)幾周內(nèi)發(fā)表涉及暗物質(zhì)的研究論文。阿爾法磁譜儀項(xiàng)目zui初便是由丁肇中提議開始。在宇宙中，正是那些我們看不見(jiàn)的暗物質(zhì)將各個(gè)星系聯(lián)接在一起。研究者并不了解這些謎一般的宇宙物質(zhì)如何構(gòu)成，但有理論提出，大質(zhì)量弱相互作用粒子(簡(jiǎn)稱WIMP)是暗物質(zhì)zui有希望的候選者，這是一種尚處于理論階段的粒子。

雖然天文望遠(yuǎn)鏡無(wú)法探測(cè)到大質(zhì)量弱相互作用粒子，但阿爾法磁譜儀很有希望通過(guò)間接的方法來(lái)確認(rèn)其存在，并描述它的性質(zhì)。即將刊出的研究論文(發(fā)表期刊還未確定)將對(duì)這項(xiàng)研究的進(jìn)展作詳細(xì)闡述。

丁肇中在麻省理工學(xué)院任物理學(xué)教授，他在20世紀(jì)90年代中期提出的這個(gè)項(xiàng)目如今到了一個(gè)重要的里程碑時(shí)刻。“我們等待了18個(gè)月來(lái)寫這篇論文，如今到了zui后審視的階段，”丁教授在波士頓的一次美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)(AAAS)的年會(huì)上發(fā)言道，“我預(yù)計(jì)在未來(lái)兩到三周內(nèi)，我們就能發(fā)布研究成果。我們一共有六個(gè)分析小組對(duì)相同的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析。如你所知，每個(gè)物理學(xué)家都有他們自己的見(jiàn)解，我們現(xiàn)在要保證每個(gè)人都能同意彼此的觀點(diǎn)。這項(xiàng)工作現(xiàn)在已經(jīng)完成得差不多了。”

20億美元的機(jī)器：“探索未知”

2011年，造價(jià)20億美元的阿爾法磁譜儀搭載奮進(jìn)號(hào)航天飛機(jī)前往空間站，這也是奮進(jìn)號(hào)的zui后一次任務(wù)。阿爾法磁譜儀重達(dá)7噸，擁有一個(gè)巨大的特制超導(dǎo)磁鐵，能使落在它上面的粒子軌跡發(fā)生彎曲。

粒子的彎曲軌跡顯示了它的電荷，再通過(guò)一系列的探測(cè)器對(duì)粒子的質(zhì)量、速度和能量等進(jìn)行分析，科學(xué)家便能準(zhǔn)確知道捕獲的是什么粒子。據(jù)丁肇中教授稱，在阿爾法磁譜儀運(yùn)行的zui初18個(gè)月中，已經(jīng)探測(cè)了250億次粒子事件。

暗物質(zhì)和暗能量之謎

在這些粒子事件中，有近80億次是快速運(yùn)動(dòng)的電子及與其對(duì)應(yīng)的反物質(zhì)——正電子。理論上，大質(zhì)量弱相互作用粒子的碰撞和湮滅會(huì)產(chǎn)生大量電子和正電子。通過(guò)測(cè)定二者的比例，以及在能量譜上的行為變化，科學(xué)家或許能找到研究暗物質(zhì)問(wèn)題的途徑。

“在對(duì)正電子和電子的觀測(cè)中，如果發(fā)現(xiàn)二者比例突然上升然后急劇下降，那就是星系中暗物質(zhì)湮滅的關(guān)鍵標(biāo)志，”芝加哥大學(xué)卡弗里宇宙學(xué)研究所的邁克爾·特納(Michael Turner)教授說(shuō)，“在能量體系中也要考慮，是否具有各向異性？正電子是從固定的某個(gè)方向還是從所有方向出現(xiàn)？”

特納教授并未參與阿爾法磁譜儀的合作項(xiàng)目。他繼續(xù)說(shuō)道：“暗物質(zhì)應(yīng)該*。因此如果我們發(fā)現(xiàn)正電子從某個(gè)特定的方向發(fā)出，就意味著該信號(hào)是來(lái)自像脈沖星(一種中子星)一類的天體，而不是暗物質(zhì)。”據(jù)悉，此次阿爾法磁譜儀的數(shù)據(jù)涉及的是0.5至350GeV(10億電子伏特)質(zhì)量范圍內(nèi)的正電子—電子比例。這一范圍已經(jīng)是其他實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家認(rèn)為可能發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的上限。

特納教授說(shuō)，科學(xué)家已經(jīng)逐漸接近了目標(biāo)。他預(yù)測(cè)未來(lái)數(shù)年將會(huì)被銘記為“大質(zhì)量弱相互作用粒子(WIMP)的十年”，而且通過(guò)一系列的研究，包括利用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)WIMP等，暗物質(zhì)的性質(zhì)將逐漸呈現(xiàn)在我們面前。

“理論上，這種粒子的質(zhì)量大約在質(zhì)子質(zhì)量的30、40和300倍之間，即在30至大約1000GeV之間，”特納教授說(shuō)，“大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)能夠這樣質(zhì)量的粒子，丁肇中的阿爾法磁譜儀能探測(cè)到這樣質(zhì)量的粒子湮滅，而位于深地底的探測(cè)器對(duì)這樣質(zhì)量的粒子也非常敏感。如果非常幸運(yùn)的話，我們能同時(shí)獲得有關(guān)暗物質(zhì)的三個(gè)特征信號(hào)，分別是通過(guò)觀測(cè)粒子湮滅、直接探測(cè)粒子以及用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)粒子，這三種方法在同樣的質(zhì)量范圍內(nèi)都很靈敏。”