美國宇航局“奮進”號太空梭將於2011年4月29日發射升空前往國際空間站，完成最後一次飛行任務。隨同“奮進”號太空梭升空的還有一個重要的實驗設備“反物質太空磁譜儀”。這一先進的實驗設備將在太空軌道上完成搜尋反物質星系和暗物質跡象等重要任務。
基本介紹
- 中文名：反物質太空磁譜儀
- 作用：搜尋反物質星系和暗物質跡象等
- 國家：美國
- 工作開始時間：2011年4月29日
簡介,歷史,設備,主要任務,研究機構,搜尋反物質意義,
簡介
美國“太空梭”計畫進入尾聲，“奮進號”的最後一次任務，是由台灣“中科院”參與研發的太空磁譜儀將隨“奮進號”進入太空。據了解，“奮進號”將於美國時間4月29日最後一次升空，重要任務之一就是將諾貝爾物理獎得主、丁肇中主持計畫、台“中山科學研究院”參與研發的太空磁譜儀(Alpha MagneticSpectrometer, AMS)，放上國際太空站運作。
諾貝爾獎得主、美國宇航局反物質太空磁譜儀項目首席科學家丁肇中介紹說這一項目已開展了17年，共有16個國家600多名物理學家參與其中，這已成為一個重要國際合作項目。已經反覆檢測過多次以確保它能夠正常工作。現在只在等待它的發射升空。
歷史
1998年6月2日，“阿爾法磁譜儀1”隨美國“發現”號太空梭升空開始科學探索，但並沒有發現反物質和暗物質。
隨後，科學家開始研製“阿爾法磁譜儀2”。它原計畫於2004年由美國太空梭送入太空，但其行程因2003年“哥倫比亞”號失事被一拖再拖。在此期間，以丁肇中為首的科學家對“阿爾法磁譜儀2”進行了改進。2010年8月底，“阿爾法磁譜儀2”在位於日內瓦的歐洲核子研究中心阿爾法磁譜儀實驗室組裝完成後，被運往美國甘迺迪航天中心。
隨後，科學家開始研製“阿爾法磁譜儀2”。它原計畫於2004年由美國太空梭送入太空，但其行程因2003年“哥倫比亞”號失事被一拖再拖。在此期間，以丁肇中為首的科學家對“阿爾法磁譜儀2”進行了改進。2010年8月底，“阿爾法磁譜儀2”在位於日內瓦的歐洲核子研究中心阿爾法磁譜儀實驗室組裝完成後，被運往美國甘迺迪航天中心。
設備
據科學家介紹，反物質太空磁譜儀重約6900多公斤，造價約為20億美元。該設備將裝備於國際空間站，主要用於搜尋宇宙射線以及來自外太空的高能帶電粒子。反物質太空磁譜儀將採用一個重約1900公斤的磁鐵來產生一個強大的均勻磁場，該磁場比地球磁場要強3000多倍。磁場可以折射宇宙射線，從而探測器能夠分析出宇宙射線的各種屬性，如電荷、速率等。
物質太空磁譜儀最初是由丁肇中於1994年提出設計構想。該設備的目標就是在太空中研究宇宙射線，因為地球上的大氣層是研究工作的主要障礙。丁肇中介紹說在太空中，有兩種類型的粒子，一種是沒帶電荷的，也就是光線和微中子。在過去一個世紀中，他們對太空的理解主要基於太空中和地面上大量望遠鏡的觀測數據。對於宇宙射線之類的帶電粒子，由於它們帶有電荷，因此它們肯定有質量。因為有質量，所以它們肯定會被地球大氣層吸收。因此，必須要到太空中觀測它們。
研究帶電粒子上的電荷，需要一個磁鐵。根據最初設計方案，反物質太空磁譜儀上安裝的是一個超導磁鐵，使用壽命為三年，直至冷卻用的液態氦耗盡為止。丁肇中解釋說當他們在一個模擬太空環境的熱真空容器中測試這種超導磁鐵時，發現它只能維持三年時間，否則就必須重新充液態氦。如果沒有太空梭，根本沒法完成這一任務。因此，超導磁鐵被取消。”科學家們決定使用永久性磁鐵。不過永久性磁鐵比超導磁鐵要弱，因此敏感度也要降低30%。
主要任務
太空磁譜儀用於偵搜宇宙中的射線粒子，尋找反物質(antimatter)及暗物質(dark matter)，若能成功，將可證明1920年代美國天文學家哈柏(EdwinHubble)的發現，及所衍生出的宇宙大爆炸(Big Bang)理論，並有助解開宇宙形成之謎，是科學史上一大突破。
宇宙射線所攜帶的能量比任何人工粒子加速器能夠產生的能量要高出數百萬倍。因此，它們能夠揭示出宇宙奧秘的點點滴滴，這是地球上任何實驗都無法取得的成果。科學家們希望，通過分析宇宙射線，反物質太空磁譜儀能夠解決大量現有最困惑的科學難題，如反物質星系是否存在，暗物質究竟是由什麼組成的等。
在物理學領域中，一個最困惑的謎團就是已知宇宙中的物質與反物質問題。如果反物質太空磁譜儀能夠探測到反氦或更重的反物質元素，那么這將是反物質星系存在的強有力證據。反物質星系可能就是由大量的反物質恆星組成。
物理學的另一大謎團就是暗物質問題。對於這種看不見、而且至今仍未確認事物的屬性，科學家們仍然知之甚少，他們只能通過引力效應得知宇宙中有大量暗物質的存在。對於暗物質，一個最主要的候選者就是一種被稱為“中性子”的粒子。如果中性子確實存在，當它們相互碰撞時，就會釋放出大量的高能反電子，這種高能反電子就是反物質太空磁譜儀所要探測的對象。
丁肇中表示在長期研究宇宙射線的過程中，這將是第一次以極高的精確度去完成探測任務。因此他們進入了一個新的領域，但他們確實不知道將會發現什麼。
在物理學領域中，一個最困惑的謎團就是已知宇宙中的物質與反物質問題。如果反物質太空磁譜儀能夠探測到反氦或更重的反物質元素，那么這將是反物質星系存在的強有力證據。反物質星系可能就是由大量的反物質恆星組成。
物理學的另一大謎團就是暗物質問題。對於這種看不見、而且至今仍未確認事物的屬性，科學家們仍然知之甚少，他們只能通過引力效應得知宇宙中有大量暗物質的存在。對於暗物質，一個最主要的候選者就是一種被稱為“中性子”的粒子。如果中性子確實存在，當它們相互碰撞時，就會釋放出大量的高能反電子，這種高能反電子就是反物質太空磁譜儀所要探測的對象。
丁肇中表示在長期研究宇宙射線的過程中，這將是第一次以極高的精確度去完成探測任務。因此他們進入了一個新的領域，但他們確實不知道將會發現什麼。
研究機構
這一項目投入達20億美元，研究人員來自美、歐、亞三大洲16個國家和地區的56個研究機構，其中包括中國的中科院電工研究所、高能物理所、山東大學、東南大學、中山大學等。它被認為是繼人類基因組計畫、國際空間站計畫、強子對撞機計畫之後的又一個大型國際科技合作項目。
搜尋反物質意義
世界是由物質組成的。而我們周圍的物質由原子組成，原子由電子和原子核組成；原子核由中子和質子組成，這些俗稱粒子。正常情況下，原子核帶正電，電子帶負電，它構成正物質，也就是我們周邊的正常物質。按照相對論的原理，有正物質就應該有反物質。於是科學家們常常猜測，原子核能不能帶負電荷，而電子帶正電荷，構成反物質呢？多少年來，許多科學家都在從事這一實驗，而且實驗室的一些實驗證實，有反粒子存在。而且原子核可以帶負電，電子可以帶正電，反物質的確存在，只是它稍縱即逝，生命力很短暫。於是，科學家們又想像，會不會反物質存在於遙遠的太空呢？所以幾十個國家的科學家研究出一種儀器，試圖到太空中去找一找。
暗物質是這一試驗需要尋找的另一個目標。現在人類所看到的天體，要么是發光的，如太陽等；要么是反光的，如月亮。但是，有跡象表明，還有大量的人們看不見的天體存在，只是人們無法用光的辦法找到他們，人們稱之為暗物質。科學家根據天體軌道推算，這種暗物質廣泛存在。因為，如果沒有這些暗物質，天體軌道就要改變。而且在作用與相互作用下，它也會產生反質子和正電子。科學家們也在想，既然用光的辦法找不到暗物質，那么就採用物質尋找的辦法。所以，磁譜儀就多了一個新的功能。
“α磁譜儀”將在地球大氣層以外探測是否有反物質存在。如果能探測到帶負電荷的原子核，說明有反物質存在。由於磁譜儀可測反質子和正電子的能譜，於是，它也能測算天體中是否有暗物質。如果反物質存在，那么人類對宇宙的認識將掀開新的一頁。
中國科學家在α磁譜儀研究中，製造了關鍵性部位的永磁鐵。1 9 9 4 年3 月2 7 日，丁肇中教授到中科院電工所訪問，發現該所在用釹鐵硼製造永磁鐵方面很有經驗，於是選擇電工所、高能物理所、中科大、中國運載火箭研究院等單位共同參與研究。中國科學家對這一國際性試驗的參與，再一次證明中國科學水平的提高和國力的增強。該磁譜儀在太空梭上運行一段後，還將被送入未來的α空間站，繼續工作。
“α磁譜儀”將在地球大氣層以外探測是否有反物質存在。如果能探測到帶負電荷的原子核，說明有反物質存在。由於磁譜儀可測反質子和正電子的能譜，於是，它也能測算天體中是否有暗物質。如果反物質存在，那么人類對宇宙的認識將掀開新的一頁。
中國科學家在α磁譜儀研究中，製造了關鍵性部位的永磁鐵。1 9 9 4 年3 月2 7 日，丁肇中教授到中科院電工所訪問，發現該所在用釹鐵硼製造永磁鐵方面很有經驗，於是選擇電工所、高能物理所、中科大、中國運載火箭研究院等單位共同參與研究。中國科學家對這一國際性試驗的參與，再一次證明中國科學水平的提高和國力的增強。該磁譜儀在太空梭上運行一段後，還將被送入未來的α空間站，繼續工作。
