4月3日，在日內(nèi)瓦附近的歐洲核子研究中心，諾貝爾獎(jiǎng)得主、美籍華人物理學(xué)家丁肇中接受媒體采訪。由丁肇中主持的AMS(阿爾法磁譜儀)項(xiàng)目在歷時(shí)18年之后公布第一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。山東大學(xué)受權(quán)在4日零時(shí)宣布，AMS已發(fā)現(xiàn)超過(guò)40萬(wàn)個(gè)正電子，這些正電子有可能來(lái)自于脈沖星或者人類一直尋找的暗物質(zhì)。新華社記者王思維攝

丁肇中團(tuán)隊(duì)發(fā)布AMS項(xiàng)目18年來(lái)第一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

人類認(rèn)識(shí)暗物質(zhì)邁出重要一步

人類對(duì)暗物質(zhì)的理解和檢測(cè)實(shí)現(xiàn)新進(jìn)展。日內(nèi)瓦時(shí)間4月3日下午5點(diǎn)(北京時(shí)間4月4日零點(diǎn))，諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者丁肇中教授在日內(nèi)瓦歐洲核子中心，首次公布其領(lǐng)導(dǎo)的阿爾法磁譜儀(AMS)項(xiàng)目18年之后的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果——已發(fā)現(xiàn)的40萬(wàn)個(gè)正電子可能來(lái)自一個(gè)共同之源，即脈沖星或人們一直尋找的暗物質(zhì)。

按照合作協(xié)議，丁肇中教授通知負(fù)責(zé)AMS項(xiàng)目熱系統(tǒng)工程的山東大學(xué)程林教授，在濟(jì)南進(jìn)行同一文稿的中文發(fā)布。

目前，尋找暗物質(zhì)粒子、研究暗能量的物理本質(zhì)、探索宇宙起源及演化的奧秘、結(jié)合粒子物理和宇宙學(xué)的研究已成為21世紀(jì)天文學(xué)和物理學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者李政道教授曾多次指出：“暗物質(zhì)是籠罩20世紀(jì)末和21世紀(jì)初現(xiàn)代物理學(xué)的最大烏云，它將預(yù)示著物理學(xué)的又一次革命。”

暗物質(zhì)不發(fā)光，也就是不發(fā)出電磁波，所以看不見，但與通常物質(zhì)一樣，暗物質(zhì)有引力作用。這個(gè)引力效應(yīng)讓天文學(xué)家在宇宙空間發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)占宇宙的23%，另外73%是暗能量。而組成我們身邊這個(gè)世界的常規(guī)物質(zhì)只占4%。雖然人們?cè)缫呀?jīng)猜測(cè)到暗物質(zhì)可能存在，但一直以來(lái)從未明確探測(cè)到暗物質(zhì)粒子，因此，還不能確定暗物質(zhì)的性質(zhì)。

丁肇中團(tuán)隊(duì)使用的阿爾法磁譜儀(AMS)，是安置于太空中的精密粒子探測(cè)裝置，是目前靈敏度最高，也是最復(fù)雜、最昂貴的一臺(tái)暗物質(zhì)探測(cè)設(shè)備，代表了當(dāng)今科學(xué)實(shí)驗(yàn)的最高技術(shù)手段，由16個(gè)國(guó)家和地區(qū)的600余名科學(xué)家歷時(shí)近18年完成，耗資21億美元，實(shí)驗(yàn)過(guò)程可能持續(xù)15至20年。

在此之前，在不同的實(shí)驗(yàn)上都看到了一些“反常”跡象，人們懷疑這些就是暗物質(zhì)的信號(hào)。但是，由于實(shí)驗(yàn)的靈敏度還不夠，這些跡象都還無(wú)法確認(rèn)為暗物質(zhì)的信號(hào)。

2011年5月16日，AMS搭乘美國(guó)“奮進(jìn)”號(hào)航天飛機(jī)的最后一個(gè)航班，送入太空，在未來(lái)20年內(nèi)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)是國(guó)際空間站上唯一的大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)。丁肇中曾說(shuō)：“這將使我們能夠直至宇宙的邊緣尋找反物質(zhì)宇宙的存在。”

在太空運(yùn)行的第一年，AMS已經(jīng)收集了160億個(gè)宇宙線數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了上個(gè)世紀(jì)收集到的宇宙射線數(shù)據(jù)的總和。

2011年5月19日放置至今，AMS已觀測(cè)311億個(gè)宇宙射線，其能量高達(dá)數(shù)萬(wàn)億電子伏特。宇宙射線信號(hào)傳送到地面，由AMS實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目組分析。

從2011年5月19日至2012年12月10日的前18個(gè)月的太空實(shí)際探測(cè)運(yùn)轉(zhuǎn)中，AMS分析了250億個(gè)初級(jí)宇宙射線。其中，科學(xué)家們確認(rèn)了680萬(wàn)個(gè)電子及其反粒子——正電子的事例。

由AMS探測(cè)的超過(guò)40萬(wàn)個(gè)正電子，是當(dāng)前最多的在太空中直接觀測(cè)、分析的高能量反物質(zhì)粒子。

丁肇中團(tuán)隊(duì)的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為，高能的正電子不是來(lái)自空間某個(gè)特定的方向，這些特性表明了新物理現(xiàn)象的論據(jù)。這次研究成果在丁肇中看來(lái)是朝著人類認(rèn)識(shí)暗物質(zhì)方向前進(jìn)的重要一步，但不是最終答案。“我們需要更多的統(tǒng)計(jì)量來(lái)研究，目前的結(jié)果是基于預(yù)期收集總數(shù)據(jù)量的約十分之一的數(shù)據(jù)。”

由于AMS的精確度及可用之高的統(tǒng)計(jì)量，AMS磁譜儀被科學(xué)家認(rèn)為有能力探索新物理。

曾與丁肇中一起工作的山東大學(xué)泰山學(xué)者特聘教授、粒子物理學(xué)家王萌認(rèn)為，這是粒子物理和高能物理界期待很久的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。他相信，隨著AMS最終發(fā)布的數(shù)據(jù)，將能最終澄清能譜是來(lái)源于暗物質(zhì)粒子的碰撞還是銀河系的脈沖星。

在AMS項(xiàng)目中，熱系統(tǒng)是最關(guān)鍵的部分，因?yàn)锳MS探測(cè)器的溫度波動(dòng)必須保持在1攝氏度之內(nèi)，然而由于地球和太陽(yáng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及地球的自轉(zhuǎn)等因素，AMS的溫度環(huán)境每天都在發(fā)生改變。

山東大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)了AMS熱系統(tǒng)構(gòu)建的所有進(jìn)程。山東大學(xué)程林教授作為AMS熱系統(tǒng)總負(fù)責(zé)人，全面承擔(dān)了設(shè)計(jì)、組裝和太空驗(yàn)證AMS整個(gè)熱系統(tǒng)的全部工作。

在今天的發(fā)布會(huì)上，程林教授說(shuō)，在工作18年后，這是AMS項(xiàng)目給大家的一個(gè)交代，是標(biāo)志性的成績(jī)，相信會(huì)有越來(lái)越多的論文發(fā)表，也許不會(huì)再等待18年，也許18個(gè)月就有新成果發(fā)布。