阿爾法磁譜儀(又譯反物質太空磁譜儀,簡稱AMS)於2011年被放置到國際空間站(ISS)
穿越輻射探測器(Transition Radiation Detector)能檢測高能粒子的速度;矽追蹤器(Silicon Trackers)用於追蹤粒子的運動軌跡,軌跡的彎曲程度顯示了粒子的電荷;永磁鐵(Permanent Magnet)是阿爾法磁譜儀的核心部件,能令粒子軌跡彎曲;飛行時間計算器(Time-of-flight Counters)能計算低能粒子的速度;星體追蹤器(Star Trackers)能掃瞄星域,以確定阿爾法磁譜儀在太空中的朝向;切倫科夫探測器(Cerenkov Detector)可精確計算快速通過的粒子速度;電磁量能器(Electromagnetic Calorimeter)用於計算影響粒子運行所需的能量;反符合計數器(Anti-coincidence Counter)可將幹擾粒子過濾出去。
在宇宙的遙遠天體之間,引力的作用並不能解釋天文學家看到的一切,如果只有這些天體的引力,那各個星系應該處於分崩離析的狀態,因此在各個星系之間,還存在把它們聯接在一起的物質。天體物理學家將這種理論中的物質稱為“暗物質”,我們看不見它們,但它們確實在星系間起著作用。在最大的距離尺度上,宇宙正在加速擴張。因此我們更需要關注與引力作用截然不同的暗物質。目前的理論估計,宇宙的73%為暗能量,23%為暗物質,而只有4%是我們已知的物質。
新浪科技訊 香港時間2月26日消息,據國外媒體報導,作為人類在太空中進行的最為昂貴的實驗,阿爾法磁譜儀(簡稱AMS)項目即將向地球發送回首批觀測數據。這個大型的實驗裝置被放置在國際空間站上,用於探測宇宙射線及高能粒子。
諾貝爾物理學獎獲得者丁肇中稱,將於未來幾週內發表涉及暗物質的研究論文。阿爾法磁譜儀項目最初便是由丁肇中提議開始。在宇宙中,正是那些我們看不見的暗物質將各個星系聯接在一起。研究者並不瞭解這些謎一般的宇宙物質如何構成,但有理論提出,大質量弱相互作用粒子(簡稱WIMP)是暗物質最有希望的候選者,這是一種尚處於理論階段的粒子。
雖然天文望遠鏡無法探測到大質量弱相互作用粒子,但阿爾法磁譜儀很有希望通過間接的方法來確認其存在,並描述它的性質。即將刊出的研究論文(發表期刊還未確定)將對這項研究的進展作詳細闡述。
丁肇中在麻省理工學院任物理學教授,他在20世紀90年代中期提出的這個項目如今到了一個重要的里程碑時刻。“我們等待了18個月來寫這篇論文,如今到了最後審視的階段,”丁教授在波士頓的一次美國科學促進會(AAAS)的年會上發言道,“我預計在未來兩到三週內,我們就能發佈研究成果。我們一共有六個分析小組對相同的數據結果進行分析。如你所知,每個物理學家都有他們自己的見解,我們現在要保証每個人都能同意彼此的觀點。這項工作現在已經完成得差不多了。”
2011年,造價20億美元的阿爾法磁譜儀搭載奮進號航天飛機前往國際空間站,這也是奮進號的最後一次任務。阿爾法磁譜儀重達7噸,擁有一個巨大的特製超導磁鐵,能使落在它上面的粒子軌跡發生彎曲。
粒子的彎曲軌跡顯示了它的電荷,再通過一系列的探測器對粒子的質量、速度和能量等進行分析,科學家便能準確知道捕獲的是什麼粒子。據丁肇中教授稱,在阿爾法磁譜儀運行的最初18個月中,已經探測了250億次粒子事件。
在這些粒子事件中,有近80億次是快速運動的電子及與其對應的反物質──正電子。理論上,大質量弱相互作用粒子的碰撞和湮滅會產生大量電子和正電子。通過測定二者的比例,以及在能量譜上的行為變化,科學家或許能找到研究暗物質問題的途徑。
“在對正電子和電子的觀測中,如果發現二者比例突然上升然後急劇下降,那就是星系中暗物質湮滅的關鍵標誌,”芝加哥大學卡弗里宇宙學研究所的邁克爾‧特納(Michael Turner)教授說,“在能量體系中也要考慮,是否具有各向異性?正電子是從固定的某個方向還是從所有方向出現?”
特納教授並未參與阿爾法磁譜儀的合作項目。他繼續說道:“暗物質應該無所不在。因此如果我們發現正電子從某個特定的方向發出,就意味著該信號是來自像脈衝星(一種中子星)一類的天體,而不是暗物質。”據悉,此次阿爾法磁譜儀的數據涉及的是0.5至350GeV(10億電子伏特)質量範圍內的正電子─電子比例。這一範圍已經是其他實驗中,科學家認為可能發現暗物質的上限。
特納教授說,科學家已經逐漸接近了目標。他預測未來數年將會被銘記為“大質量弱相互作用粒子(WIMP)的十年”,而且通過一系列的研究,包括利用大型強子對撞機製造WIMP等,暗物質的性質將逐漸呈現在我們面前。
“理論上,這種粒子的質量大約在質子質量的30、40和300倍之間,即在30至大約1000GeV之間,”特納教授說,“大型強子對撞機能夠製造這樣質量的粒子,丁肇中的阿爾法磁譜儀能探測到這樣質量的粒子湮滅,而位於深地底的探測器對這樣質量的粒子也非常敏感。如果非常幸運的話,我們能同時獲得有關暗物質的三個特徵信號,分別是通過觀測粒子湮滅、直接探測粒子以及用大型強子對撞機製造粒子,這三種方法在同樣的質量範圍內都很靈敏。”(任天)
.[數碼新聞]太空最昂貴實驗將傳回首批數據:或發現暗物質
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