丁肇中：AMS正进行升级 10年后有望证明高能正电子源于暗物质

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發表於 2022-12-20 09:55:29 |只看該作者 |正序瀏覽

著名美籍华人科学家、诺贝尔物理学奖得主、中国科学院(中科院)外籍院士丁肇中表示，他领导的安装于国际空间站上的国际合作大科学装置阿尔法磁谱仪(AMS)正在进行升级，10年以后，AMS有望证明高能正电子来源于暗物质。

　　中科院高能物理研究所12月3日下午线上举行“基础科学促进可持续发展国际沙龙”科普活动，86岁高龄的丁肇中院士在“云游实验室”环节亲自客串“导游”、引领观众线上参观AMS载荷运行和控制中心时透露了上述信息。

　　丁肇中院士在“云游实验室”环节客串导游、引领观众线上参观AMS载荷运行和控制中心，科普最新研究成果。

　　他指出，根据AMS收集的340万个正电子数据精确测量结果，宇宙线正电子低能部分主要来自宇宙线碰撞，而高能部分来自于新的天体源比如脉冲星或者暗物质。脉冲星可以产生正电子，并将正电子加速到高能量，但脉冲星不能产生反质子，而AMS测量的反质子与正电子具有类似的能谱特征，预示高能反质子和高能正电子可能有相同的来源，高能正电子可能不是来自于脉冲星。

　　宇宙中大约有90%的物质是看不见的，称作暗物质，AMS实验目前已经发现，高能正电子的能量分布与暗物质理论相符合。正在升级的AMS，10年以后有望确认高能正电子是否来源于暗物质。

　　丁肇中介绍说，作为目前唯一在太空长期运行的粒子物理精密磁谱仪，AMS将工作到至少2030年，其由穿越辐射探测器、飞行时间探测器、硅微条探测器、永磁体、电磁能量器、切伦科夫探测器组成，高5米、长4米、宽3米，重7.5吨，包括30万道信号通路和650个微处理器。

　　中科院高能所是AMS实验的发起团队之一，中国科学家为AMS实验特别是首个太空大型磁体永磁体的研制以及物理分析等做出重要贡献。同时，在AMS升级研制任务中，中国科学家也承担关键性的任务，包括整个硅微条的设计、测试和生产。

　　AMS实验主要物理目标是寻找暗物质和原初反物质，并研究宇宙线的起源，对人类认识宇宙有极其重要的意义。丁肇中称，宇宙线可以达到远高于地球上任何加速器能达到的最高能量。带电宇宙线有质量，它们会被100公里厚的地球大气层吸收，无法在地面上精确研究带电宇宙线的性质。为测量宇宙线的电荷正负等基本特性，需要在外太空运行磁谱仪。同时，AMS还可以提供外太空探索必需的宇宙线辐射伤害知识，以保护宇航员。

　　AMS运行以来，在探索宇宙线起源方面发现，一级宇宙线(氢、氦、碳、铁等)在恒星内由核聚变产生，它们在恒星爆炸过程中(如超新星)被加速到很高能量；二级宇宙线(锂、铍、硼、氟等)由一级宇宙线和星际物质的碰撞产生。AMS实验出乎意料的新成果还包括：一级宇宙线有完全相同的刚度(动量/电荷<亿伏>)变化，一级宇宙线最少有两种，二级宇宙线也有两个类别。

　　丁肇中指出，AMS到2030年要解决的基本问题包括认识宇宙线重质量反物质起源。宇宙起源于大爆炸，大爆炸之前是真空，大爆炸之后应该有相同数量的物质与反物质，而地球附近没有天然存在的反物质。在原来地球的遥远区域，可能存在由反物质组成的反物质恒星设置星系。

　　目前，AMS发现的反氦事例率非常低，每1亿个氦数据中，只有1个反氦。未来10年，升级中的AMS将继续收集数据，对反氦事例是否来自于原初宇宙线提供确定性的结果，并寻找反碳、反氦事例，寻找原初反物质。

　　“宇宙是最广阔的实验室，而我们对宇宙的认识是有限的。AMS所有的观测结果都与现有的宇宙线理论不符，带来了对宇宙的新认识。AMS将不断扩展，颠覆我们对宇宙的认识。”丁肇中总结说。