暗物質大發現！來自諾獎得主丁肇中的預言

10月17日，諾貝爾物理學獎得主、美籍華人物理學家丁肇中在休斯敦約翰遜航天中心舉行的活動上表示，他帶領的阿爾法磁譜儀（Alpha Magnetic Spectrometer，AMS）項目研究團隊有望在2024年找到宇宙暗物質的線索。AMS 是 MIT 丁肇中教授構思設計的物理探測儀器，它的科學目標是尋找反物質，暗物質，以及宇宙線起源。

目前，人類所能認知的物質只佔宇宙構成的4%，剩餘96%就是暗物質和暗能量，任何關於暗物質的蛛絲馬跡都將是非同一般的科學發現。1994年，丁肇中就有了將磁譜儀放置在太空進行探測的構想，他的學生陳和生院士是最早加入該項目的中國科學家之一，據陳院士介紹，對於磁譜儀來說，大型磁體是其最核心的裝置，而把大型磁體放到宇宙進行探測是科學家的夢想。丁肇中也曾表示，這是他40多年科研生涯里難度最大的實驗，比獲諾獎發現J粒子的實驗要困難得多。

建造阿爾法磁譜儀最難的就是其核心的永磁體，當時研究團隊主要面對漏磁和磁二級矩兩大難關，漏磁將會在磁體上天后影響設備的運行，而磁二級矩則會使磁體受到地球磁場的影響而轉動。

在各國科學家束手無策的時候，參與項目的中國科學院電工研究所站了出來，他們設計的永磁魔環結構可以在限定的重量範圍內，達到實驗要求的磁場均勻性和強度。在歐洲核子研究中心計算機系統的幫助下，研究團隊完成了現代高能物理多參數的優化，並拿出了最終的設計方案。

確定方案只是項目開始的第一步，AMS 要搭乘美國的航天飛行進入太空，這是其第一次搭載中國製造的大型探測儀器，也是史上首次進入宇宙的大型磁體，因此不容有半點閃失，為保證航天器的安全，AMS 要通過 NASA 嚴格的評審。

建造 AMS 主結構的任務落在了中國航天科技一院211廠的肩上，該結構的主體是外徑1.3米，內徑為1.15米，高0.8米的空心高強度鋁製圓柱體，永磁體呈條狀插入主結構，其磁場強度高達1400高斯。

為了使磁體在與太空梭對接時不產生裝配應力，航天一院提高了主結構的精度，比 NASA 要求的高出一個數量級，並用20多倍重力加速度的衝擊實驗來模擬離心實驗，確保磁體在執行任務中的安全。在驗收環節，AMS只用了兩輪測試就通過了 NASA 的評審，打破了 NASA 對於大型載荷進行三輪測試的慣例。

1998年6月，阿爾法磁譜儀1搭乘「發現號」太空梭搭進入太空。由於當時國際空間站尚未建成，「發現號」在太空中飛行了10天後返回地球。13年後，歷經「哥倫比亞號」太空梭意外失事、美國航空政策調整、項目叫停等曲折，2011年5月16號，阿爾法磁譜儀2搭乘最後一次執行任務的「奮進號」進入太空，終於開始了探測宇宙奧秘的旅途。

2016年12月，阿爾法磁譜儀在國際空間站上運行5周年之際，發布了最新的實驗成果。在這5年間，AMS 收集到了超過900億個宇宙線事例，宇宙線是來自外太空的帶電高能次原子粒子，可能在決定其它行星上是否存在生命方面起著關鍵性的作用。AMS 團隊對宇宙線中的基本粒子與核子進行了精確的測量，通過準確測量鈹-硼流強比例（宇宙線對宇宙中鋰、鈹、和硼的產生起著重要作用），得到了關於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。有學者這樣形容 AMS 的發現，使人類對宇宙線的認知範圍從一個「乒乓」 擴展到了一個「足球」。

截止目前，阿爾法磁譜儀已收集了到1000億個宇宙射線，能量達到萬億電子伏特。丁肇中表示，到2024年左右，一定會有相應測量結果，且與暗物質模型相符的可能性很大。2024年也是國際空間站退役的時間，人類對於宇宙的探索將進入下一階段，如果屆時阿爾法磁譜儀能找到暗物質的蹤跡，將是人類探索宇宙新旅程的最好開始。