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丁肇中團隊最新: 宇宙能量或有相同來源

安置在國際空間站的阿爾法磁譜儀(AMS)

人類對暗物質的理解和檢測實現新進展。日內瓦時間4月3日下午5點(北京時間4月4日零點),諾貝爾物理獎獲得者丁肇中教授在日內瓦歐洲核子中心, 首次公佈其領導的阿爾法磁譜儀(AMS)項目18年之後的第一個實驗結果——已發現的40萬個正電子可能來自一個共同之源,即脈衝星或人們一直尋找的暗物 質。

按照合作協議,丁肇中教授通知負責AMS項目熱系統工程的山東大學程林教授,在濟南進行同一文稿的中文發佈。

目前,尋找暗物質粒子、研究暗能量的物理本質、探索宇宙起源及演化的奧秘、結合粒子物理和宇宙學的研究已成為21世紀天文學和物理學發展的一個重要 趨勢。諾貝爾物理學獎獲得者李政道教授曾多次指出:「暗物質是籠罩20世紀末和21世紀初現代物理學的最大烏云,它將預示著物理學的又一次革命。」

暗物質不發光,也就是不發出電磁波,所以看不見,但與通常物質一樣,暗物質有引力作用。這個引力效應讓天文學家在宇宙空間發現暗物質佔宇宙的 23%,另外73%是暗能量。而組成我們身邊這個世界的常規物質只佔4%。雖然人們早已經猜測到暗物質可能存在,但一直以來從未明確探測到暗物質粒子,因 此,還不能確定暗物質的性質。

丁肇中團隊使用的阿爾法磁譜儀(AMS),是安置於太空中的精密粒子探測裝置,是目前靈敏度最高,也是最複雜、最昂貴的一台暗物質探測設備,代表了 當今科學實驗的最高技術手段,由16個國家和地區的600餘名科學家歷時近18年完成,耗資21億美元,實驗過程可能持續15至20年。

在此之前,在不同的實驗上都看到了一些「反常」跡象,人們懷疑這些就是暗物質的信號。但是,由於實驗的靈敏度還不夠,這些跡象都還無法確認為暗物質的信號。

2011年5月16日,AMS搭乘美國「奮進」號航天飛機的最後一個航班,送入太空,在未來20年內,這個實驗是國際空間站上唯一的大型科學實驗。丁肇中曾說:「這將使我們能夠直至宇宙的邊緣尋找反物質宇宙的存在。」

在太空運行的第一年,AMS已經收集了160億個宇宙線數據,遠遠超過了上個世紀收集到的宇宙射線數據的總和。

2011年5月19日放置至今,AMS已觀測311億個宇宙射線,其能量高達數萬億電子伏特。宇宙射線信號傳送到地面,由AMS實驗項目組分析。

從2011年5月19日至2012年12月10日的前18個月的太空實際探測運轉中,AMS分析了250億個初級宇宙射線。其中,科學家們確認了680萬個電子及其反粒子——正電子的事例。

由AMS探測的超過40萬個正電子,是當前最多的在太空中直接觀測、分析的高能量反物質粒子。

丁肇中團隊的第一個實驗結果認為,高能的正電子不是來自空間某個特定的方向,這些特性表明了新物理現象的論據。這次研究成果在丁肇中看來是朝著人類 認識暗物質方向前進的重要一步,但不是最終答案。「我們需要更多的統計量來研究,目前的結果是基於預期收集總數據量的約十分之一的數據。」

由於AMS的精確度及可用之高的統計量,AMS磁譜儀被科學家認為有能力探索新物理。

曾與丁肇中一起工作的山東大學泰山學者特聘教授、粒子物理學家王萌認為,這是粒子物理和高能物理界期待很久的實驗結果。他相信,隨著AMS最終發佈的數據,將能最終澄清能譜是來源於暗物質粒子的碰撞還是銀河系的脈衝星。

在AMS項目中,熱系統是最關鍵的部分,因為AMS探測器的溫度波動必須保持在1攝氏度之內,然而由於地球和太陽的相對運動以及地球的自轉等因素,AMS的溫度環境每天都在發生改變。

山東大學領導了AMS熱系統構建的所有進程。山東大學程林教授作為AMS熱系統總負責人,全面承擔了設計、組裝和太空驗證AMS整個熱系統的全部工作。

在今天的發布會上,程林教授說,在工作18年後,這是AMS項目給大家的一個交代,是標誌性的成績,相信會有越來越多的論文發表,也許不會再等待18年,也許18個月就有新成果發佈。

他希望,合作夥伴有機會通過這個項目獲得諾貝爾物理學獎。

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