“阿尔法磁谱仪2”升空搜寻暗物质和反物质

2011-5-03 09:33 来源: 中国科学院
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  包括中国研究人员参与的大型国际科技合作项目——“阿尔法磁谱仪2”,4月29日(当地时间)由美国“奋进”号航天飞机送入国际空间站,开始长达十余年的寻找反物质暗物质、多重宇宙以及探测宇宙射线之旅。

  这一项目投入达20亿美元,领导者为我们熟知的美籍华人丁肇中。对于搜寻在地球上还没有任何现身苗头的反物质和暗物质,该仪器身负厚望。1998年,其前身“阿尔法磁谱仪1”曾为同样目的升空探索,但没有收获。

  探索未知的“阿尔法磁谱仪2”

  2009年末,美国《科学》杂志在公布当年十大科学突破的同时,预测2010年最值得关注的研究方向,阿尔法磁谱仪(AMS)名列其中。

  2010年8月底,在位于日内瓦的欧洲核子研究中心(CERN,大型强子对撞机研究机构)阿尔法磁谱仪实验室,“阿尔法磁谱仪2”组装完成,后被运往美国肯尼迪航天中心,等待航天飞机载它一程。

  在升空到站后,“阿尔法磁谱仪2”将沐浴着宇宙射线永恒的安置在国际空间站上。其实自2010年起,国际航天领域的科研趋势已越来越倾向于提高国际空间站的科研资源利用率。美国国家航空航天局(NASA)、俄罗斯航天局、欧洲航天局都在探讨如何协调该站内的人力物力。

  这是被认为继人类基因组计划、国际空间站计划、强子对撞机计划之后的又一个大型国际科技合作项目。研究人员来自美、欧、亚三大洲16个国家和地区的56个研究机构,包括中国的中科院电工研究所、高能物理所以及数所大学。整个项目由1976年的诺贝尔物理学奖获得者、美籍华人科学家丁肇中构思、设计,再由概念化带入实际。

  “这就是所谓心血结晶,”美国媒体这样评论道,“如果这台仪器按计划实现目标——探测到了暗物质的蛛丝马迹,那它将给丁肇中带来人生中另一座诺贝尔奖杯。”

  美国《大众科学》杂志在线版28日文章称该仪器为“世界最大的太空实验设备”,且该型的阿尔法磁谱仪超级灵敏,设计出生就是一个目的——研究宇宙最深处的谜:所有的反物质曾发生过什么?又是什么产生了暗物质?

  据欧洲核子研究中心27日发表的公报,丁肇中介绍项目时称,“阿尔法磁谱仪2”将从空间探索反物质、暗物质和宇宙射线等问题,然而最令人兴奋的是,它将探测未知。

  它的未来与科学的未来

  英国《自然》杂志在本年初展望2011重大科学进展时就指出:“暗物质的关键时刻到来”。意大利巨石峰国家实验室进行的XENON100实验、美国的低温暗物质搜寻实验计划(CDMSII)等都在殚精竭虑地搜寻暗物质粒子。

  至于反物质,欧洲核子研究中心的大型强子对撞机、美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机等实验设施都在对其虎视眈眈。就在上个月末,布鲁克海文国家实验室首次观察到了新型反物质反氦-4,这是迄今科学家观察到的最重反物质。尽管宇宙中不一定存在很多反氦-4,但“阿尔法磁谱仪2”会致力其他更重的反核或宇宙中某个包含更多反物质的区域,它们将更能说明问题。

  早在1998年6月2日,前辈“阿尔法磁谱仪1”就开始随美国“发现”号航天飞机升空进行科学探索,其研究目标与它的2代相同。“阿尔法磁谱仪1”拿到了大量的数据,不过当然,那一次并没有发现科学家所要的暗物质和反物质,不然现在科学的一切恐怕都要变了番模样。

  随后,对第2代的研制开始。按照当时计划,在2004年“阿尔法磁谱仪2”就应由航天飞机送入太空中。但2003年“哥伦比亚”号失事事件痛伤NASA,也使航天飞机可靠性备受诟病,“阿尔法磁谱仪2”的行程因此受到牵连,被一再拖后。

  于是,研究人员们决定对“阿尔法磁谱仪2”这一型的设备进行改进:其中包括曾尝试用超导磁体代替永磁体,但最终的模拟空间测试让科学家决定依旧使用永磁体。目前“阿尔法磁谱仪2”采用的永磁体仍是1998年1代在太空实验时使用的。

  在“阿尔法磁谱仪2”抓走人们眼球的同时,不能忽略的是,此次发射也是“奋进”号航天飞机最后一次执行飞行任务。这一任务期为14天,目的就是为把“阿尔法磁谱仪2”设备“押送”往国际空间站。此后,缅怀它的人们或许只能到航天博物馆去凭吊航天飞机曾经的辉煌。但按照美国《大众科学》杂志的说法,(如果磁谱仪有了改变人类科学的发现),那此次“押送”将成为航天飞机所有飞行任务中最大的成就。