记者3日晚从山东大学获悉,由丁肇中主持、山东大学参与的AMS(阿尔法磁谱仪)项目在历时18年之后公布第一个实验结果。山东大学受权在4日零时宣布,AMS已发现超过40万个正电子,这些正电子有可能来自于脉冲星或者人类一直寻找的暗物质。
AMS是由丁肇中主持的国际重大科学工程,主要用于探测宇宙外层空间反物质与暗物质。山东大学于2004年参加AMS项目,山东大学热科学与工程研究中心主任程林教授全面负责AMS热系统的研究、设计、制造与实验。
根据山东大学受权发布的数据,从2011年5月至2012年12月,AMS在太空实际运转中探测到超过40万个正电子。实验结果显示,在5亿至100亿电子伏特区间内,正电子占正电子和电子总和的比分随能量的增加而减小;在100亿到2500亿电子伏特的区间内,比分递增;到2500亿电子伏特之后,比分曲线基本变平。
实验结果还表明,正电子比分能谱没有随时间改变,同时高能正电子不是来自空间某个特定的方向。程林说:“这些特征是新物理现象的论据。未来延伸到更高能量层面的研究之后,将确定这些正电子是来自暗物质粒子的碰撞还是银河系中的脉冲星。”
实验还验证了此前科学界对初级宇宙射线中正电子的研究,但是收集的数据量远超过此前的实验,精确度更高。据程林介绍,目前收集到的数据仅仅为预期总数据的十分之一。他说:“随着AMS持续运行,收集到的数据会越来越多,实验结果也会更加精确,我们对暗物质的来源及其他物理现象可以有更好的了解。”
背景资料
阿尔法磁谱仪
阿尔法磁谱仪项目实际上是一个大型粒子物理实验,首要目的是寻找宇宙中的暗物质及其起源。宇宙的暗物质远远多于目前可见的物质,暗物质碰撞会产生额外的正电子,这些正电子的特征会被阿尔法磁谱仪精确地测量到。
阿尔法磁谱仪能捕捉到远至可见宇宙边缘的信号,它的另一目的是寻找由反物质组成的宇宙。假如宇宙是由大爆炸而来,大爆炸以前是真空,那么大爆炸之后应该有相同数量的物质与反物质。换言之,大爆炸后既然有物质世界存在,就应存在相应的反物质世界。
(均据新华社电)
中国智慧照亮宇宙之“暗”
“暗物质到底是什么?”为回答这个问题,人类不惜耗费大量精力和资金。从早期使用望远镜获得的不清晰图像,到如今阿尔法磁谱仪捕捉的精确数据,科学家从未停止探寻这个有关宇宙结构和运行之谜的答案。值得关注的是,在寻找暗物质的进程中,中国人开始扮演越来越重要的角色。
经多年的天文观测和理论发展,科学界目前普遍接受的一个理论是:宇宙的构成中,人类能观测到的常规物质仅占5%,暗物质和暗能量则分别占25%和70%。这也凸显了暗物质对研究宇宙构成的重要性。然而,一个事实是,暗物质无法被直接观测到,这无疑大大增加了对它的研究难度。
在这条困难重重的探索道路上,利用国际空间站开展实验的阿尔法磁谱仪项目首先取得进展。在这个国际项目中,中国科研人员作出了重要贡献。
2011年5月被送往国际空间站的磁谱仪上热系统由山东大学的科研人员领衔研制,这也是人类史上首次解决带电磁铁在太空中运行的温度控制问题;安装在磁谱仪上的电磁量能器则由中科院高能物理研究所和中国运载火箭技术研究院与法国、意大利专家联合研制而成。这些重要装备为这次发现奠定了技术基础。
获取数据只是第一步,对庞大的数据量进行分析才是更关键的一步。丁肇中此前接受新华社记者采访时说,如果把每个粒子、每道宇宙线经过磁谱仪都算一个数据,那么磁谱仪每天传回的数据都在100万至1000万个之间。
中科院高能物理研究所在此期间承担了大量数据分析工作。此外,中国的东南大学、中山大学和山东大学以及美国麻省理工学院、德国亚琛大学、意大利和法国的科研机构等都参与进来。中国科研人员与国际同行联手完成了又一项媲美人类基因图谱计划的项目。
事实上,全球科学界长久以来对暗物质的探索并不止于阿尔法磁谱仪项目。中科院紫金山天文台的科研团队目前正与国内同行合作,加紧研制“暗物质粒子探测卫星”。相比阿尔法磁谱仪,中国正研制的这种卫星,耗资少,重量轻,可望在暗物质探测领域取得突破。
正当美国和欧洲等国研究人员加紧开展对暗物质探索的同时,上海交大以及清华大学研究人员也在国内的地下实验室里孜孜不倦地进行着相关实验。
尽管新公布的研究成果还无法完全确证已找到暗物质的踪迹,但正如当初伽利略对物体下落速度和质量关系的执著,乃至居里夫人对放射性元素镭的全身心投入,科学家对基础研究的不懈追求,总会为后世打开一扇通往更美好世界的大门。
(原标题:阿尔法磁谱仪已发现40万个正电子)