AMS

　　如果宇宙起源于大爆炸，一半的宇宙应由正物质组成，另一半应由反物质组成。“落户”国际空间站的“科学贵宾”——阿尔法磁谱仪2（AMS-02），将用10年甚至更长时间在浩淼宇宙中搜寻“另一半宇宙”。神秘的反物质与暗物质，让人翘首期待。主持该项目的华裔科学家丁肇中先生却说，科学是无法预见的。即便找不到，也是一种收获。“在科学道路上，我们可能原本是想去挖金子，但最终挖到的是玛瑙。” <p>　　</p><p>　　探测带电粒子的“哈勃望远镜” </p><p>　　“如果宇宙中确实存在由反物质组成的世界，和大量看不见的暗物质，那么我们应该能在太空中找到它们。”这是丁肇中开始这项艰难探测的初衷。 </p><p>　　他认为，人类之所以至今没能找到来自宇宙深处的反粒子，是因为我们把观察点放在了地面上。而反物质一旦进入大气层，就会与正物质产生湮没反应，根本无法到达地面。因此办法只有一个，就是将探测器送上太空。 </p><p>　　美国宇航局将AMS称作“能探测带电粒子的‘哈勃望远镜’”，只是它昂贵得多，耗资近20亿美元。1971年，一位很有名的诺贝尔奖获得者也曾提出这个想法，但没人付诸行动。“宇宙是最终的实验室。”丁肇中和他的国际团队后来为此奋斗了17年。 </p><p>　　1998年6月，AMS-01搭载美国“发现号”航天飞机首次进入太空，在为期10天的实验中，并没有发现反粒子，但它证明了AMS的设计原理和方法是可行的。 </p><p>　　</p><p>　　中国方案解决“40年来最大挑战” </p><p>　　项目的最大挑战是将一个桌子大小的磁体送入太空。然而，大型磁体不可避免地会有漏磁和二极磁矩的问题，前者会干扰航天飞机和空间站中其他仪器的工作，后者则会使磁谱仪在地球磁场作用下转动。 </p><p>　　为了自己“40年科研生涯中难度最大的实验”，丁肇中寻访了多国科学家，但都没找到好方法。1994年，他偶然在一份美国文献中看到中科院电工所的一篇论文，得知中国能造很好的磁铁，于是飞到北京造访电工所。几经讨论，双方确定了方案。 </p><p>　　这是一块内径约1.2米、重约2.6吨的巨型永磁铁，中心磁场强度为1350高斯，是地球磁场的27000倍。不过，它并不是铁石一块，而由上万个不同形状、不同大小的小磁块拼成的64个磁化方向连续变化的永磁条组成。 </p><p>　　据AMS-01磁体制造总指挥、中科院电工所研究员董增仁回忆，制造永磁体的过程精密而复杂。上万个小磁块都得由50×50×25毫米的标准块切割而成，任何一个稍有偏差都无法拼出一个完整的环。为了获得尽可能高的空间磁场，项目组选用了当时磁能级最高的钕铁硼材料。 </p><p>　　</p><p>　　超导卡壳，永磁体再征宇宙 </p><p>　　1998年试飞归来，丁肇中带领的团队着手设计一个可在太空运行3-5年的新系统——AMS-02，其中的关键部件永磁体，将被磁场强度达9000多高斯的超导磁体取代。其间，受美国航天飞机失事影响，和超导磁铁本身存在技术障碍，AMS-02的发射时间几经推迟。 </p><p>　　直到去年，眼看“奋进号”航天飞机就要步入它的“绝唱之旅”（也是美国航天飞机全体退役前的倒数第二次发射），但超导磁铁的研发还是没能完全克服“漏热”的缺陷。 </p><p>　　上海交通大学空间科学与技术研究中心副主任叶庆好教授告诉记者，为维持磁体处于超导状态，必须用温度达1.8K（－271.3℃）的超流氦对其进行冷却。“漏热”，意味着要保持“体温”，磁体就得消耗更多的冷却剂为自己降温。按计划，AMS-02随航天飞机升空时可携带2000升超流氦，而“漏热”将直接导致冷却剂超重。 </p><p>　　无奈之下，AMS-02不得不放弃研发多年的超导磁体，重拾试飞时的那块中国制造的永磁体。董增仁说，去年夏天，他专程飞往欧洲核子中心与丁肇中讨论永磁体的改进方案。不可思议的是，测试发现，当年那块永磁体的中心磁场强度至今仍高达1340高斯——“13年只衰减了10高斯，这说明，它再工作一二十年应该没有问题。” </p><p>　　据悉，AMS-02将在国际空间站内运行约10年，未赶上航天飞机“末班车”的超导磁铁则可能用在之后的AMS-03上。 </p><p>　　</p><p>　　分辨反物质，向左走还是向右走 </p><p>　　对于反物质的世界，人们充满了好奇，也有许多误解。一次，在丁肇中与中国学生的对话中，有人天真地发问：在反物质的世界中，是不是一切都与我们这个正物质世界相反？比如，男人会不会变成女人？ </p><p>　　如果说大型强子对撞机模拟的是宇宙大爆炸之前最初的状态，那么AMS就是要描述大爆炸后的完整镜像。谁都说不准，AMS-02此行找到反粒子的几率有多大，可以肯定的是，其难度不亚于“在一场暴雨中寻找一颗彩色的雨滴”。 </p><p>　　叶庆好告诉记者，要分别物质与反物质，首先得想办法测量粒子所带的电荷是正是负。当空间粒子进入永磁体的巨大磁场，携带不同电荷的粒子会自动分流——向左走，或者向右走。此外，AMS-02还装备了近10种子探测器，它们有的测“身高”，有的测“体重”，有的窥“相貌”，多角度综合评估空间粒子的身份究竟是正物质还是反物质、是明物质还是暗物质。 （任荃）</p><p>　　来源：文汇报</p><br />