反物質(zhì)太空磁譜儀隨同“奮進(jìn)”號(hào)航天飛機(jī)升空

北京時(shí)間4月29日消息，美國(guó)宇航局“奮進(jìn)”號(hào)航天飛機(jī)將于4月29日發(fā)射升空前往國(guó)際空間站，完成最后一次飛行任務(wù)。隨同“奮進(jìn)”號(hào)航天飛機(jī)升空的還有一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備--“反物質(zhì)太空磁譜儀”。這一先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備將在太空軌道上完成搜尋反物質(zhì)星系和暗物質(zhì)跡象等重要任務(wù)。

據(jù)科學(xué)家介紹，反物質(zhì)太空磁譜儀重約6900多公斤，造價(jià)約為20億美元。該設(shè)備將裝備于國(guó)際空間站，主要用于搜索宇宙射線以及來(lái)自外太空的高能帶電粒子。反物質(zhì)太空磁譜儀將采用一個(gè)重約1900公斤的磁鐵來(lái)產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)大的均勻磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)比地球磁場(chǎng)要強(qiáng)3000多倍。磁場(chǎng)可以折射宇宙射線，從而探測(cè)器能夠分析出宇宙射線的各種屬性，如電荷、速率等。

在2003年“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)失事后，美國(guó)宇航局最初決定反物質(zhì)太空磁譜儀升空計(jì)劃取消。后來(lái)，在科學(xué)家們的大力游說(shuō)下，反物質(zhì)太空磁譜儀任務(wù)得以恢復(fù)。去年，科學(xué)家們替換了反物質(zhì)太空磁譜儀上的磁鐵，并重新裝上了更大體積的磁鐵，從而大大延長(zhǎng)了反物質(zhì)太空磁譜儀的使用壽命，使其可以一直服役至2020年，這也是國(guó)際空間站的預(yù)期壽命。

諾貝爾獎(jiǎng)得主、美國(guó)宇航局反物質(zhì)太空磁譜儀項(xiàng)目首席科學(xué)家丁肇中介紹說(shuō)，“這一項(xiàng)目已開(kāi)展了17年，共有16個(gè)國(guó)家600多名物理學(xué)家參與其中，這已成為一個(gè)重要國(guó)際合作項(xiàng)目。我們已經(jīng)反復(fù)檢測(cè)過(guò)多次以確保它能夠正常工作。現(xiàn)在我們只在等待它的發(fā)射升空?！?
搜尋宇宙射線和反物質(zhì)

宇宙射線所攜帶的能量比任何人工粒子加速器能夠產(chǎn)生的能量要高出數(shù)百萬(wàn)倍。因此，它們能夠揭示出宇宙奧秘的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，這是地球上任何實(shí)驗(yàn)都無(wú)法取得的成果?？茖W(xué)家們希望，通過(guò)分析宇宙射線，反物質(zhì)太空磁譜儀能夠解決大量現(xiàn)有最困惑的科學(xué)難題，如反物質(zhì)星系是否存在，暗物質(zhì)究竟是由什么組成的等。
在物理學(xué)領(lǐng)域中，一個(gè)最困惑的謎團(tuán)就是已知宇宙中的物質(zhì)與反物質(zhì)問(wèn)題。如果反物質(zhì)太空磁譜儀能夠探測(cè)到反氦或更重的反物質(zhì)元素，那么這將是反物質(zhì)星系存在的強(qiáng)有力證據(jù)。反物質(zhì)星系可能就是由大量的反物質(zhì)恒星組成。

物理學(xué)的另一大謎團(tuán)就是暗物質(zhì)問(wèn)題。對(duì)于這種看不見(jiàn)、而且至今仍未確認(rèn)事物的屬性，科學(xué)家們?nèi)匀恢跎?，他們只能通過(guò)引力效應(yīng)得知宇宙中有大量暗物質(zhì)的存在。對(duì)于暗物質(zhì)，一個(gè)最主要的候選者就是一種被稱為“中性子”的粒子。如果中性子確實(shí)存在，當(dāng)它們相互碰撞時(shí)，就會(huì)釋放出大量的高能反電子，這種高能反電子就是反物質(zhì)太空磁譜儀所要探測(cè)的對(duì)象。

丁肇中表示，“在長(zhǎng)期研究宇宙射線的過(guò)程中，這將是第一次以極高的精確度去完成探測(cè)任務(wù)。因此我們進(jìn)入了一個(gè)新的領(lǐng)域，但我們確實(shí)不知道將會(huì)發(fā)現(xiàn)什么。”

造價(jià)20億美元的設(shè)備

反物質(zhì)太空磁譜儀最初是由丁肇中于1994年提出設(shè)計(jì)構(gòu)想。該設(shè)備的目標(biāo)就是在太空中研究宇宙射線，因?yàn)榈厍蛏系拇髿鈱邮茄芯抗ぷ鞯闹饕系K。丁肇中介紹說(shuō)，“在太空中，有兩種類型的粒子，一種是沒(méi)帶電荷的，也就是光線和微中子。在過(guò)去一個(gè)世紀(jì)中，我們對(duì)太空的理解主要基于太空中和地面上大量望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)數(shù)據(jù)。對(duì)于宇宙射線之類的帶電粒子，由于它們帶有電荷，因此它們肯定有質(zhì)量。因?yàn)橛匈|(zhì)量，所以它們肯定會(huì)被地球大氣層吸收。因此，必須要到太空中觀測(cè)它們?！?

研究帶電粒子上的電荷，需要一個(gè)磁鐵。根據(jù)最初設(shè)計(jì)方案，反物質(zhì)太空磁譜儀上安裝的是一個(gè)超導(dǎo)磁鐵，使用壽命為三年，直至冷卻用的液態(tài)氦耗盡為止。丁肇中解釋說(shuō)，“當(dāng)我們?cè)谝粋€(gè)模擬太空環(huán)境的熱真空容器中測(cè)試這種超導(dǎo)磁鐵時(shí)，發(fā)現(xiàn)它只能維持三年時(shí)間，否則就必須重新充液態(tài)氦。如果沒(méi)有航天飛機(jī)，根本沒(méi)法完成這一任務(wù)。因此，超導(dǎo)磁鐵被取消?！笨茖W(xué)家們決定使用永久性磁鐵。不過(guò)永久性磁鐵比超導(dǎo)磁鐵要弱，因此敏感度也要降低30%。