北京時間12月8日24時,國際著名物理學家、諾貝爾物理學獎獲得者丁肇中在瑞士歐洲核子研究中心,總結發布了阿爾法磁譜儀(簡稱AMS)在國際空間站運行五年來的物理成果。目前,AMS已經收集了超過900億宇宙線事例,更多的數據分析還在進行中。
AMS是迄今為止在太空運行的最強大,最靈敏的粒子物理探測器。自從2011年5月安裝在國際空間站上,開始獲取數據,將一直持續運行到國際空間站使命結束(2024年)。
丁肇中報告的AMS最新結果涵蓋多種宇宙線粒子的精確獨特的數據,包括在宇宙空間測量的正電子流強和正電子比例,反質子—質子比,以及電子、質子,反質子、氦核以及其它核子的流強。
正電子流強和正電子比例結果,與暗物質的尋找密切相關,一直受到國際物理界高度關注。丁肇中報告最新觀測結果時表示,AMS測量到的正電子數據與暗物質質量與暗物質模型能很好地符合,另一個可能的解釋是源于天體物理現象,如脈沖星。目前還無法得到明確結論。通過在國際空間站預期的壽命內(2024年)持續地收集數據,AMS將可以分辨出這兩個可能的模型。
在反質子—質子流強方面,丁肇中表示,一般認為反質子來自原初宇宙線,如質子,與星際物質的碰撞。但AMS測到的反質子—質子流強比顯著超出了宇宙線碰撞產生的理論預期值。超出的反質子不可能來自于脈沖星,但可以被暗物質碰撞或其它天體物理現象所解釋。
國際物理界高度關注的AMS的另一個重大物理課題是尋找反物質原子核。宇宙大爆炸模型要求在宇宙極早期物質和反物質的數量是相等的。迄今為止我們觀測到幾個電荷為-2,質量在氦范圍內的事例。丁肇中表示,5年來AMS收集到了37億個電荷為+2的氦核事例。今后幾年AMS的主要的任務之一,就是進行極其嚴格的探測器驗證和收集更多的數據,以確定這些電荷為-2的事例的來源。
中科院高能物理所相關人士評價,AMS譜儀精確測量多種宇宙線粒子的結果是宇宙線觀測的一個里程碑,并對暗物質和反物質的尋找等物理學前沿研究有重大意義。
據悉,AMS由來自15個國家與地區的科學家組成,中國大陸參加AMS國際合作組的單位包括:中國科學院高能物理研究所和電工研究所,中國運載火箭技術研究院,山東大學,中山大學,東南大學,北京航空航天大學等單位。其中AMS探測器最關鍵的大型永磁體和主結構是由中國科學院電工研究所和高能物理研究所,中國運載火箭技術研究院設計研制,并成功進行空間環境模擬實驗,成為人類送入太空的第一個大型磁體。
AMS的物理成果大大的擴展了對宇宙線產生、加速以及傳播的認識。它的許多測量結果是現有的物理學、天文學和宇宙論的理論還無法解釋的,要求物理及天文學家們提出創新的理論模型。
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