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丁肇中总结阿尔法磁谱仪在国际空间站运行五年的丰硕物理成果
2016-12-09|文章来源: |【
 

  128日下午,国际著名物理学家、诺贝尔物理学奖获得者丁肇中教授在瑞士日内瓦欧洲核子研究中心举行学术报告会。报告会上,丁肇中总结发布了阿尔法磁谱仪在国际空间站运行五年来的丰硕物理成果。 

  阿尔法磁谱仪(简称AMS)是迄今为止在太空运行的最强大、最灵敏的粒子物理探测器。AMS具有人类送入太空的第一个大型永磁体,能在太空精确测量宇宙线中的带电粒子和光子。AMS探测器非常精密、接收度大、冗余可靠,并在CERN进行了细致的束流测试,使它的测量精度达到前所未有的1%水平,比以往的实验提高约一个数量级。20115月,AMS安装在国际空间站上,并开始获取数据,其将持续运行到国际空间站使命结束(2024年)。 

  AMS是丁肇中领导的大型国际合作项目,由来15个国家与地区的科学家组成。中国大陆参加AMS国际合作组的单位包括:中国科学院高能物理研究所和电工研究所、中国运载火箭技术研究院、山东大学、中山大学、东南大学、北京航空航天大学等单位,这些单位对AMS的研制、运行和数据分析做了重要的贡献。其中AMS探测器最关键的大型永磁体和主结构是由中国科学院电工研究所、高能所和中国运载火箭技术研究院在北京设计和研制,并成功进行空间环境模拟实验,成为人类送入太空的第一个大型磁体。高能所和中国运载火箭研究院与意大利和法国合作,成功研制了电AMS磁量能器。 

  AMS现已经收集了超过900亿宇宙线事例,获得的主要物理结果已经在物理评论快报(PRL)发表了8篇文章,包括有许多重大的发现。更多的数据分析还在进行中。AMS的物理成果大大扩展了对宇宙线产生、加速以及传播的认识。它的许多测量结果是现有的物理学、天文学和宇宙论的理论还无法解释的,要求物理及天文学家们提出创新的理论模型。   

  丁肇中报告的AMS最新结果涵盖多种宇宙线粒子的精确独特的数据,包括在宇宙空间测量的正电子流强,正电子比例,反质子-质子比,以及电子、质子,反质子、氦核以及其它核子的流强,是宇宙线测量的一次的跨越式发展。报告中提到的国际物理界高度关注的最新的正电子流强和正电子比例结果,也与暗物质的寻找密切相关。观测结果表明:从8GeV开始,正电子流强与正电子比例在传统宇宙线碰撞模型的基础上开始上升,然后在高能量处显示出急剧减少的趋势。正电子的数据与暗物质质量为1TeV的暗物质模型很好地符合。另一个可能的解释是源于天体物理现象,如脉冲星。目前还无法得到明确结论。通过在国际空间站预期的寿命内(2024年)持续地收集数据,AMS将可以分辨出这两个可能的模型。 

  此外,丁肇中还报告了AMS测量了反质子-质子流强。科学界一般认为反质子来自原初宇宙线,如质子,与星际物质的碰撞. AMS测到的反质子-质子流强比显著超出了宇宙线碰撞产生的理论预期值。超出的反质子不可能来自于脉冲星,但可以被暗物质碰撞或其它天体物理现象所解释。 

   国际物理界高度关注的AMS的另一个重大物理课题是寻找反物质原子核。宇宙大爆炸模型要求在宇宙极早期物质和反物质的数量是相等的。然而当今宇宙中缺失复杂形式的反物质。所以,在宇宙线中观测到单个反氦核事件具有非常重大的意义。5年来,AMS收集到了37亿个电荷为+2的氦核事例。迄今为止观测到几个电荷为-2,质量在氦范围内的事例。当宇宙线中的反物质候选事例率约为每年1个并且信号(反氦候选事例)/本底(氦)的排除率要求达到1/10亿的时候,需要对探测器和物理反应过程有深刻细致的理解,这是极其困难并且需要投入大量时间的过程。今后几年AMS的主要的任务之一就是进行极其严格的探测器验证和收集更多的数据,以确定这些电荷为-2的事例的来源。 

    AMS谱仪精确测量多种宇宙线粒子的结果是宇宙线观测的一个里程碑,其对暗物质和反物质的寻找等物理学前沿研究有重大意义。

 
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