太空最昂貴實驗將傳回首批數據：或發現暗物質

阿爾法磁譜儀（又譯反物質太空磁譜儀，簡稱AMS）於2011年被放置到國際空間站（ISS）

　　穿越輻射探測器（Transition Radiation Detector）能檢測高能粒子的速度；硅追蹤器（Silicon Trackers）用於追蹤粒子的運動軌跡，軌跡的彎曲程度顯示了粒子的電荷；永磁鐵（Permanent Magnet）是阿爾法磁譜儀的核心部件，能令粒子軌跡彎曲；飛行時間計算器（Time-of-flight Counters）能計算低能粒子的速度；星體追蹤器（Star Trackers）能掃描星域，以確定阿爾法磁譜儀在太空中的朝向；切倫科夫探測器（Cerenkov Detector）可精確計算快速通過的粒子速度；電磁量能器（Electromagnetic Calorimeter）用於計算影響粒子運行所需的能量；反符合計數器（Anti-coincidence Counter）可將干擾粒子過濾出去。

　　在宇宙的遙遠天體之間，引力的作用並不能解釋天文學家看到的一切，如果只有這些天體的引力，那各個星系應該處於分崩離析的狀態，因此在各個星系之間，還存在把它們聯接在一起的物質。天體物理學家將這種理論中的物質稱為「暗物質」，我們看不見它們，但它們確實在星系間起著作用。在最大的距離尺度上，宇宙正在加速擴張。因此我們更需要關注與引力作用截然不同的暗物質。目前的理論估計，宇宙的73%為暗能量，23%為暗物質，而只有4%是我們已知的物質。

　　新浪科技訊 北京時間2月20日消息，據國外媒體報道，作為人類在太空中進行的最為昂貴的實驗，阿爾法磁譜儀(簡稱AMS)項目即將向地球發送回首批觀測數據。這個大型的實驗裝置被放置在國際空間站上，用於探測宇宙射線及高能粒子。

　　諾貝爾物理學獎獲得者丁肇中稱，將於未來幾周內發表涉及暗物質的研究論文。阿爾法磁譜儀項目最初便是由丁肇中提議開始。在宇宙中，正是那些我們看不見的暗物質將各個星系聯接在一起。研究者並不了解這些謎一般的宇宙物質如何構成，但有理論提出，大質量弱相互作用粒子(簡稱WIMP)是暗物質最有希望的候選者，這是一種尚處於理論階段的粒子。

　　雖然天文望遠鏡無法探測到大質量弱相互作用粒子，但阿爾法磁譜儀很有希望通過間接的方法來確認其存在，並描述它的性質。即將刊出的研究論文(發表期刊還未確定)將對這項研究的進展作詳細闡述。

　　丁肇中在麻省理工學院任物理學教授，他在20世紀90年代中期提出的這個項目如今到了一個重要的里程碑時刻。「我們等待了18個月來寫這篇論文，如今到了最後審視的階段，」丁教授在波士頓的一次美國科學促進會(AAAS)的年會上發言道，「我預計在未來兩到三周內，我們就能發布研究成果。我們一共有六個分析小組對相同的數據結果進行分析。如你所知，每個物理學家都有他們自己的見解，我們現在要保證每個人都能同意彼此的觀點。這項工作現在已經完成得差不多了。」

　　20億美元的機器：「探索未知」

　　2011年，造價20億美元的阿爾法磁譜儀搭載奮進號太空梭前往國際空間站，這也是奮進號的最後一次任務。阿爾法磁譜儀重達7噸，擁有一個巨大的特製超導磁鐵，能使落在它上面的粒子軌跡發生彎曲。

　　粒子的彎曲軌跡顯示了它的電荷，再通過一系列的探測器對粒子的質量、速度和能量等進行分析，科學家便能準確知道捕獲的是什麼粒子。據丁肇中教授稱，在阿爾法磁譜儀運行的最初18個月中，已經探測了250億次粒子事件。

　　暗物質和暗能量之謎

　　在這些粒子事件中，有近80億次是快速運動的電子及與其對應的反物質——正電子。理論上，大質量弱相互作用粒子的碰撞和湮滅會產生大量電子和正電子。通過測定二者的比例，以及在能量譜上的行為變化，科學家或許能找到研究暗物質問題的途徑。

　　「在對正電子和電子的觀測中，如果發現二者比例突然上升然後急劇下降，那就是星系中暗物質湮滅的關鍵標誌，」芝加哥大學卡弗里宇宙學研究所的邁克爾·特納(Michael Turner)教授說，「在能量體系中也要考慮，是否具有各向異性？正電子是從固定的某個方向還是從所有方向出現？」

　　特納教授並未參與阿爾法磁譜儀的合作項目。他繼續說道：「暗物質應該無所不在。因此如果我們發現正電子從某個特定的方向發出，就意味著該信號是來自像脈衝星(一種中子星)一類的天體，而不是暗物質。」據悉，此次阿爾法磁譜儀的數據涉及的是0.5至350GeV(10億電子伏特)質量範圍內的正電子—電子比例。這一範圍已經是其他實驗中，科學家認為可能發現暗物質的上限。

　　特納教授說，科學家已經逐漸接近了目標。他預測未來數年將會被銘記為「大質量弱相互作用粒子(WIMP)的十年」，而且通過一系列的研究，包括利用大型強子對撞機製造WIMP等，暗物質的性質將逐漸呈現在我們面前。

　　「理論上，這種粒子的質量大約在質子質量的30、40和300倍之間，即在30至大約1000GeV之間，」特納教授說，「大型強子對撞機能夠製造這樣質量的粒子，丁肇中的阿爾法磁譜儀能探測到這樣質量的粒子湮滅，而位於深地底的探測器對這樣質量的粒子也非常敏感。如果非常幸運的話，我們能同時獲得有關暗物質的三個特徵信號，分別是通過觀測粒子湮滅、直接探測粒子以及用大型強子對撞機製造粒子，這三種方法在同樣的質量範圍內都很靈敏。」(

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