“阿爾法磁譜儀2”明年2月升空尋找反物質

關鍵部件“永磁體”由中國科學家研制

　　記者從歐洲核子研究中心獲悉，“阿爾法磁譜儀2”計劃于明年2月由美國“奮進”號航天飛機送入國際空間站，開始長達10余年的尋找反物質和暗物質之旅。

　　據介紹，“阿爾法磁譜儀2”在位于日內瓦的歐洲核子研究中心阿爾法磁譜儀實驗室組裝完成后，已于8月底運往美國肯尼迪航天中心，目前其狀態良好。研究人員正在為它搭載美國航天飛機的最后一次飛行作準備。

　　阿爾法磁譜儀項目是由諾貝爾獎獲得者、美籍華人丁肇中牽頭的，其主要目標是尋找備受科學家關注的反物質和暗物質，并探測宇宙射線的來源。尋找和研究這兩種物質有助于揭開宇宙誕生和演變之謎。

　　我們已知的物質是正物質，它由原子組成，原子由帶正電的質子和帶負電的電子以及中性的中子組成。與此相反，由帶負電的質子和帶正電的電子組成的物質就是反物質。暗物質是宇宙中看不見的物質，科學家估計，它占宇宙所有物質總量的90%以上。

　　要尋找反物質和暗物質，最直接的辦法就是尋找“流竄”在太空的反物質和暗物質粒子。由于大氣層會吸收反物質和暗物質粒子，因而在地面上不可能探測到它們，所以科學家需要把探測儀放入太空。

　　1998年6月2日，“阿爾法磁譜儀1”隨美國“發現”號航天飛機升空，進行科學探測。這一實驗被中國兩院院士評為1998年世界十大科技進展。阿爾法磁譜儀1型的主要結構以及關鍵部分——永磁體是由中國科學家研制的。

　　“阿爾法磁譜儀2”原計劃于2004年由美國航天飛機送入太空，但其行程因2003年“哥倫比亞”號失事被一拖再拖。在此期間，以丁肇中為首的科學家對阿爾法磁譜儀2型進行了不斷改進，其中曾嘗試用超導磁體代替永磁體，但最終經模擬空間測試仍決定使用永磁體。目前“阿爾法磁譜儀2”采用的永磁體就是1998年阿爾法磁譜儀1型太空實驗時使用的，是由中科院電工研究所等制造的。

　　據介紹，這一項目投入達20億美元，研究人員來自美、歐、亞三大洲16個國家和地區的56個研究機構，其中包括中科院電工研究所、高能物理所、山東大學、東南大學、中山大學等。它被認為是繼人類基因組計劃、國際空間站計劃和強子對撞機計劃之后的又一個大型國際科技合作項目。

　　阿爾法磁譜儀與神秘物質

　　反物質和暗物質很令科學家頭痛——從理論上講，它們應當存在但現實中又苦于找不到它們存在的真憑實據。為求突破，在諾貝爾獎獲得者、美籍華人丁肇中的領導下，16個國家和地區的研究人員開始了尋找這兩種神秘物質的征程。他們的主要工具就是阿爾法磁譜儀。

　　阿爾法磁譜儀就像人類派往太空的神探，目的就是捕捉這兩種神秘物質的蛛絲馬跡。它的主要本領是能夠探測到太空中“流竄”的粒子。這一本領基于磁譜儀強大而特殊的磁場。我們知道，帶電粒子進入磁場后其軌跡會發生變化，不同帶電粒子的軌跡變化也不同，而不帶電的粒子其軌跡則不會發生變化，因而觀測粒子進入這一磁場后軌跡是否變化，變化程度有什么不同，就可以推知這是何種粒子。

　　與天文望遠鏡觀測物質發出的可見光和電磁波不同，磁譜儀直接觀測粒子本身。因而磁譜儀能夠發現天文望遠鏡無法發現的物質，這就是暗物質和反物質。

　　我們已知的物質是正物質，它由原子組成，原子由帶正電的質子和帶負電的電子以及中性的中子組成。與此相反，由帶負電的質子和帶正電的電子組成的物質就是反物質。正物質和反物質相遇則會產生爆炸，釋放出大量能量。根據目前的大爆炸假說，我們的宇宙是在約140億年前由一個非常小的點爆炸而成。大爆炸時，宇宙在產生正物質的同時，也產生了反物質。兩者數量大體相當，正物質多了一點點。

　　為什么我們現在找不到反物質呢？科學家推測，一種可能性是反物質存在于宇宙的另外一部分。那里的一切是由反物質組成的，由于反物質發射出的可見光和其他電磁波與正物質發出的沒有什么區別，因而我們用天文望遠鏡即使看到它們，也無法斷定它們是反物質。另一種可能性是，宇宙誕生之初，正物質和反物質相遇相互毀滅后，多出的那一點點正物質構成了我們的星系、恒星、行星和包括人類在內的各種生物，我們找不到反物質的原因是反物質都消失了。

　　暗物質是宇宙中看不見的物質，也就是說沒有發出可見光和其他電磁波，因而用天文望遠鏡就看不到它們。但暗物質能夠產生萬有引力，對可見的物質產生作用。根據現有的假說和觀察，科學家估計暗物質占宇宙所有物質總量的90%以上。暗物質到底是什么？是否包含反物質？它在宇宙間的分布情況如何等等。這些都需要我們去探索。

　　由諾貝爾獎獲得者、美籍華人丁肇中牽頭的阿爾法磁譜儀項目的主要目標就是尋找備受科學家關注的反物質和暗物質，并探測宇宙射線的來源。

　　1998年6月2日，“阿爾法磁譜儀1”隨美國“發現”號航天飛機升空開始科學探索，但并沒有發現反物質和暗物質。這一項目被中國兩院院士評為1998年世界十大科技進展。“阿爾法磁譜儀1”的主要結構以及關鍵部分——永磁體是由中國科學家研制的。

　　后來，科學家開始研制“阿爾法磁譜儀2”。它原計劃于2004年由美國航天飛機送入太空，但其行程因2003年“哥倫比亞”號失事被一拖再拖。在此期間，以丁肇中為首的科學家對“阿爾法磁譜儀2”進行了不斷改進，其中曾嘗試用超導磁體代替永磁體。盡管這種方法可以產生更強的磁場，但超導磁體需要液氦冷卻，由于在太空中無法補充液氦，因而利用這種方法制成的磁譜儀壽命只有3年。今年2月，“阿爾法磁譜儀2”曾運至荷蘭諾德維克歐洲航天局研究和技術中心進行模擬空間測試。測試后決定，仍用永磁體，不用超導體。這樣可以使磁譜儀的使用壽命長達18年至20年。

　　這一項目投入達20億美元，研究人員來自美、歐、亞三大洲16個國家和地區的56個研究機構，其中包括中科院電工研究所、高能物理所、山東大學、東南大學、中山大學等。它被認為是繼人類基因組計劃、國際空間站計劃、強子對撞機計劃之后的又一個大型國際科技合作項目。

　　“阿爾法磁譜儀2”在位于日內瓦的歐洲核子研究中心阿爾法磁譜儀實驗室組裝完成，并已于8月底運往美國肯尼迪航天中心，目前其狀態良好。按計劃，它將于明年2月由美國“奮進”號航天飛機送入國際空間站，開始可能長達10余年的尋找反物質和暗物質之旅。