4月3日晚，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者、華裔物理學(xué)家丁肇中及其阿爾法磁譜儀項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)宣布的成果，讓人類在認(rèn)識(shí)暗物質(zhì)的道路上邁出了重要一步。這項(xiàng)被譽(yù)為具有“史無(wú)前例的靈敏度”的新成果，在很大程度上要?dú)w功于阿爾法磁譜儀有著一顆強(qiáng)大的“中國(guó)心”。
科學(xué)家們認(rèn)為，在宇宙的構(gòu)成中，人類已知物質(zhì)僅占4%左右，而暗物質(zhì)幾乎是已知物質(zhì)的6倍，但人類一直未找到它存在的證據(jù)。
4月3日晚，諾貝爾獎(jiǎng)得主、華裔物理學(xué)家丁肇中及其阿爾法磁譜儀項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)宣布的成果，讓人類在認(rèn)識(shí)暗物質(zhì)的道路上邁出了重要一步。
丁肇中團(tuán)隊(duì)借助阿爾法磁譜儀（AMS）已發(fā)現(xiàn)40萬(wàn)個(gè)正電子，這些正電子可能來(lái)自人類一直尋找的暗物質(zhì)。
這項(xiàng)被譽(yù)為具有“史無(wú)前例的靈敏度”的新成果，很大程度上歸功于阿爾法磁譜儀有著一顆強(qiáng)大的“中國(guó)心”——一塊中國(guó)制造的巨大永磁鐵。
“這塊巨大的永磁鐵是阿爾法磁譜儀最重要的部件之一，是中國(guó)科學(xué)家的智慧和創(chuàng)新。有了它，才能區(qū)分粒子的電荷。”4月7日，AMS項(xiàng)目首批科學(xué)家和主要成員之一、中科院院士陳和生在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)說(shuō)。
中國(guó)“魔環(huán)”顯神力
“這是美國(guó)航天飛機(jī)第一次搭載來(lái)自中國(guó)的載荷，更是人類送入太空的第一塊大型磁體。”陳和生說(shuō)。
然而，要想設(shè)計(jì)制造出這樣一塊大型磁體卻并非易事。
早在上世紀(jì)60年代，科學(xué)家就希望能將大型磁譜儀送入太空，但是一直無(wú)法造出無(wú)漏磁、無(wú)二極磁矩的大型磁體。研制無(wú)漏磁、無(wú)二極磁矩大型磁體，并符合美國(guó)宇航局嚴(yán)格的安全要求放入太空，是AMS項(xiàng)目的最大挑戰(zhàn)之一。
直到一次偶然的機(jī)會(huì)，丁肇中在美國(guó)一份文獻(xiàn)中看到中科院電工所的論文，發(fā)現(xiàn)中國(guó)能制造出這種特殊的磁體。他把這一方案帶回美國(guó)，在獲得一致肯定后，與中方簽署了合作協(xié)議。
“中科院電工所的設(shè)計(jì)非常巧妙，我們叫它‘魔環(huán)’設(shè)計(jì)。與其他國(guó)家的方案相比，這個(gè)方案具有重量輕、無(wú)漏磁、無(wú)二極磁矩及磁場(chǎng)均勻等優(yōu)點(diǎn)。”陳和生說(shuō)。
從1995年到1997年間，根據(jù)中科院電工所的“魔環(huán)”構(gòu)思，中科院高能所按高能物理實(shí)驗(yàn)的要求將它設(shè)計(jì)出來(lái)，中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院負(fù)責(zé)磁鐵主要結(jié)構(gòu)的制造，并做了多次空間環(huán)境模擬試驗(yàn)，完全達(dá)到美國(guó)宇航局嚴(yán)格的安全要求。
丁肇中在接受采訪時(shí)說(shuō)：“近40年無(wú)法解決的難題，最后還是由中科院電工所解決了”，“如果缺少了中國(guó)科學(xué)家，如何將大型磁體放入太空這個(gè)幾十年來(lái)的難題恐怕現(xiàn)在還無(wú)法解決”。
據(jù)了解，中國(guó)科學(xué)家選擇的新型高磁能積釹鐵硼材料，采用獨(dú)特的磁路設(shè)計(jì)，完全符合實(shí)驗(yàn)要求，可使磁譜儀使用壽命長(zhǎng)達(dá)20年。
“1998年，AMS第一次上天，大型磁體工作正常。時(shí)隔13年后在2011年再次測(cè)量它的磁場(chǎng)，變化小于千分之一。AMS又再次使用這個(gè)大型磁體，將之送到國(guó)際空間站。”陳和生認(rèn)為，這塊“中國(guó)心”的質(zhì)量和性能非常好。
同時(shí)，探測(cè)器關(guān)鍵部分的電磁量能器由中科院高能物理所、中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院的科學(xué)家和意大利、法國(guó)同行合作研制。 “它能精確測(cè)量電子和正電子的能量，并排除正電子小號(hào)的主要本底質(zhì)子，誤判率小于萬(wàn)分之一。”陳和生說(shuō)。
發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)可能痕跡
正是有了這塊“中國(guó)心”，AMS項(xiàng)目才得以順利實(shí)施。
AMS在國(guó)際空間站運(yùn)行至今，已觀測(cè)超過(guò)300億個(gè)宇宙射線，最高能量達(dá)數(shù)萬(wàn)億電子伏特。AMS的永久磁鐵及其精密粒子探測(cè)器每年記錄約160億個(gè)宇宙射線信號(hào)，并傳送到地面，由AMS實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目組分析。