諾獎得主丁肇中發(fā)布5年太空實驗結(jié)果 顛覆人類宇宙線認識

　　北京時間12月9日凌晨兩點，諾貝爾獎物理獎獲得者、美籍華人科學家丁肇中教授主持的阿爾法磁譜儀（AMS）項目在歐洲核子中心（CERN）發(fā)布了五年太空實驗的結(jié)果，部分結(jié)果顯示：AMS通過準確測量鈹-硼流強比例，得到關(guān)于宇宙線在星系間傳播時間的信息，測得銀河系宇宙線的年齡大約是1200萬年，這是人類首次獲得宇宙線的相對準確年齡;“對1650萬電子和108萬正電子的測量顯示，電子流強與正電子流的強度不同，隨能量變化的行為也不一樣?！?/p>

阿爾法磁譜儀。圖片來自網(wǎng)絡(luò)

　　AMS的這一測量結(jié)果顛覆了以往實驗結(jié)果，刷新了科學家對宇宙線的認識;利用3億個質(zhì)子事例，AMS將質(zhì)子流強測量達到1%的精度，結(jié)果顯示，“質(zhì)子流強不能被簡單地描述成單一的冪律譜，質(zhì)子能譜指數(shù)隨能量變化?！边@顛覆了人類之前對宇宙線的普遍認識。

　　之前對宇宙線的認知是一只“乒乓”’的范圍，現(xiàn)在已經(jīng)擴展到了一只“足球”的面積

12月9日凌晨，AMS熱系統(tǒng)總負責人、山東大學空間熱科學研究中心主任程林教授剛剛與遠在日內(nèi)瓦的丁肇中教授通完話?！癆MS測量的這些涵蓋多種宇宙線粒子的精確而獨特的數(shù)據(jù)，不是拓展了人類‘已知的邊界’，而是拓展了‘未知的邊界’，就好像我們在若干萬年之前，可能只知道有北京，但不知道有上海，但通過AMS的突破，我們不僅發(fā)現(xiàn)了上海，也發(fā)現(xiàn)了香港、新加坡……我們‘未知變已知’的領(lǐng)域擴大了。”程林說，“用一個并不十分恰當?shù)谋扔餍稳輥硇稳葸@次AMS的突破，那就是如果說我們之前對宇宙線的認知是一只‘乒乓球’的范圍，現(xiàn)在已經(jīng)擴展到了一只‘足球’的面積?！?/p>

　　據(jù)了解，宇宙線（即“宇宙射線”）是來自宇宙空間的高能粒子，是人類獲取太陽系外物質(zhì)樣本的唯一渠道，被認為是傳遞“宇宙大事件”的信使和發(fā)現(xiàn)“宇宙加速器”的探針。丁肇中認為，組成人類已知物質(zhì)的質(zhì)子、中子、電子等粒子，只占宇宙的不到5%，而宇宙中95%以上的物質(zhì)看不見、摸不著，因此稱之為暗物質(zhì)（包括暗能量）。暗物質(zhì)無法直接觀測，卻能干擾星體發(fā)出的光波或引力等，其存在能被明顯感受到。

　　為尋找暗物質(zhì)而遠赴太空的AMS，每天不間斷地紀錄與采集數(shù)以億計的數(shù)據(jù)信息，以前所未有的精度探測了宇宙線中正電子流強，正電子比例，反質(zhì)子-質(zhì)子比，以及電子、正電子、質(zhì)子，反質(zhì)子、氦核以及其它核子的流強，試圖找到暗物質(zhì)的“蛛絲馬跡”。

　　程林表示，“人類通過研究宇宙線來尋找暗物質(zhì)，根據(jù)對電子、正電子和質(zhì)子流強等的測量數(shù)據(jù)，建立了很多不同的物理模型。但AMS的突破在于，它以前所未有的精度探索宇宙線，由此形成一個全新的物理模型，就好像原先是‘X+Y=Z’，現(xiàn)在卻發(fā)現(xiàn)不是這樣，而是‘X+Y=W’。用丁肇中先生的話來說，就是AMS項目做了五年，得出了很多不一樣的結(jié)論，顛覆了我們對宇宙線的認識?！?/p>

項目做了五年，包含若干突破

　　據(jù)了解，丁肇中這次發(fā)布的太空實驗結(jié)果，包含著幾項大的突破：

　　通過對1650萬電子和108萬正電子的測量，AMS探測結(jié)果顯示電子流強與正電子流的強度不同，隨能量變化的行為也不一樣。在60GeV（GeV是能量單位，表示十億電子伏特。電子伏特代表一個電子在經(jīng)過1個伏特的電場加速后所獲得的動能）以上，正電子、質(zhì)子和反質(zhì)子的流強顯示出一樣的隨剛度變化的行為，而電子的行為則完全不同。這一結(jié)果與以往實驗結(jié)果完全不同。

　　宇宙中的反質(zhì)子非常稀少，是質(zhì)子的萬分之一，因此，對反質(zhì)子的精確測量要求異?？量?。AMS用了5年的時間準確分辨出349000個反質(zhì)子事例，其中探測到2200個能量高于1000億電子伏特的反質(zhì)子事例。這不容易，因為宇宙線反質(zhì)子的實驗數(shù)據(jù)是了解宇宙中反質(zhì)子起源的基礎(chǔ)。與此同時，質(zhì)子是宇宙線種最豐富的粒子。AMS利用3億個質(zhì)子事例，將質(zhì)子流強測量達到1%的精度。結(jié)果顯示，質(zhì)子流強不能被簡單地描述成單一的冪律譜，質(zhì)子能譜指數(shù)隨能量變化。這一結(jié)果改變了幾十年來對宇宙線的普遍認識。

　　同時，AMS通過7個子探測器鑒別了不同種類的基本粒子和原子核，包括氦、碳、氧等輕原子核和更重的原子核，一直到鐵核。AMS測量的碳-氦流強比和氧-碳流強比是與剛度無關(guān)的。而出乎意料的是，質(zhì)子-氦流強比卻隨著剛度的增加而迅速但平滑的下降。AMS也測量了其他的次級宇宙線，包括硼和鈹。測量鈹-硼流強比例將能得到關(guān)于宇宙線在星系間傳播時間的信息。AMS通過這一測量測得銀河系宇宙線的年齡大約是1200萬年。同樣重要的是，硼-碳流強比沒有任何顯著的結(jié)構(gòu)，與很多宇宙線模型的預言不同。

　　AMS的這次突破，是不是意味著我們找到暗物質(zhì)指日可待？

“AMS的這次突破，是不是意味著我們找到暗物質(zhì)指日可待？”程林并不這樣認為，他表示，“尋找暗物質(zhì)沒有時間表。目前可能只是剛剛開了個頭，可能以后還要花五年、十年，甚至更多時間才能有更大收獲，但科研的意義更在于探索的樂趣，以及這其中意想不到的發(fā)現(xiàn)。”