中國(guó)科學(xué)家為阿爾法磁譜儀尋找暗物質(zhì)貢獻(xiàn)"中國(guó)智慧"

諾貝爾獎(jiǎng)得主、美籍華人物理學(xué)家丁肇中3日晚公布了其主持的大型粒子物理實(shí)驗(yàn)——阿爾法磁譜儀(AMS)項(xiàng)目的首批研究成果,使人類(lèi)對(duì)宇宙中暗物質(zhì)的認(rèn)識(shí)更進(jìn)了一步。中國(guó)科學(xué)家參與了這項(xiàng)國(guó)際重大科學(xué)工程,并在其中作出了重要貢獻(xiàn)。

AMS項(xiàng)目的首批科學(xué)家和主要成員之一、中科院高能物理研究所原所長(zhǎng)陳和生院士介紹說(shuō),在宇宙的構(gòu)成中,人類(lèi)已知的物質(zhì)僅占4%左右,而暗物質(zhì)量幾乎是已知物質(zhì)的6倍,但科學(xué)家一直未找到它存在的證據(jù)。

2011年5月16日,美國(guó)“奮進(jìn)”號(hào)航天飛機(jī)最后一次任務(wù)將“阿爾法磁譜儀2”送至國(guó)際空間站,其主要任務(wù)之一就是尋找宇宙中的暗物質(zhì)。

“暗物質(zhì)碰撞會(huì)產(chǎn)生額外的正電子,這些正電子的特征會(huì)被阿爾法磁譜儀測(cè)量到。根據(jù)丁肇中教授發(fā)布的成果,阿爾法磁譜儀已發(fā)現(xiàn)超過(guò)40萬(wàn)個(gè)正電子,這些正電子有可能來(lái)自人類(lèi)一直尋找的暗物質(zhì),也可能來(lái)自銀河系的脈沖星等天體。”陳和生說(shuō),“但無(wú)論如何我們向最終找到暗物質(zhì)存在的可靠證據(jù)又邁進(jìn)了一步。”

鮮為人知的是,阿爾法磁譜儀有一顆強(qiáng)大的“中國(guó)心”——一塊中國(guó)制造的巨大永磁鐵。它由中科院電工研究所、高能物理所和中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院共同設(shè)計(jì)研制,用于區(qū)分粒子帶正電還是負(fù)電,是磁譜儀的核心部件。

據(jù)介紹,要將一個(gè)大型磁鐵放入太空是AMS項(xiàng)目的最大挑戰(zhàn)之一。中國(guó)科學(xué)家選擇新型高磁能積釹鐵硼材料,采用獨(dú)特的磁路設(shè)計(jì),完全符合實(shí)驗(yàn)要求,可以使磁譜儀使用壽命長(zhǎng)達(dá)18到20年,并順利通過(guò)了美國(guó)國(guó)家航空航天局嚴(yán)格的安全審查,成為人類(lèi)送入宇宙的第一塊大型磁體。

同時(shí),探測(cè)器關(guān)鍵部分的電磁量能器由中科院高能物理所、中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院的科學(xué)家和意大利、法國(guó)同行合作研制。“它能精確測(cè)量電子和正電子的能量。”陳和生說(shuō)。

中國(guó)科學(xué)家還參與了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和物理研究工作。據(jù)介紹,AMS的數(shù)據(jù)分析由2個(gè)獨(dú)立的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行,每個(gè)團(tuán)隊(duì)都包括了許多國(guó)家的科學(xué)家,互相“挑錯(cuò)”,最終達(dá)成一致,確保結(jié)果的正確。“中國(guó)科學(xué)家的數(shù)據(jù)分析對(duì)電荷測(cè)量、粒子識(shí)別、電子能量測(cè)量等發(fā)揮了十分重要的作用。”陳和生說(shuō)。

陳和生表示,要獲得暗物質(zhì)存在的確切證據(jù),還需要積累更多的數(shù)據(jù)。“中國(guó)科研人員一直在日內(nèi)瓦歐洲核子研究組織的AMS運(yùn)行中心參與值班,同時(shí)還將繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和物理研究。”他說(shuō),“最終結(jié)果的獲得或許需要數(shù)年時(shí)間,但這一結(jié)果無(wú)疑對(duì)物理學(xué)的發(fā)展意義重大。”