太空最昂贵实验将传回首批数据：或发现暗物质

阿尔法磁谱仪于2011年被放置在国际空间站上。

跃迁辐射探测器可以探测高能粒子的速度。硅追踪器用来追踪粒子的轨迹。轨迹的曲率显示了粒子的电荷。永磁体是阿尔法磁谱仪的核心部件，可以弯曲粒子的轨迹。飞行时间计数器可以计算低能粒子的速度。星跟踪器可以扫描星域来确定阿尔法磁谱仪在空间的方位。切伦科夫探测器可以精确计算快速通过粒子的速度。电磁量热计用于计算影响粒子运行所需的能量。反符合计数器可以过滤掉干扰粒子。

在宇宙中遥远的天体之间，重力的作用无法解释天文学家看到的一切。如果只有这些天体有引力，那么星系应该处于解体状态。因此，星系之间有物质将它们联系起来。天体物理学家称这个理论中的物质为“暗物质”。我们看不到它们，但它们在星系中确实发挥了作用。在最大的距离尺度上，宇宙正在加速膨胀。因此，我们需要更多地关注暗物质，它与重力完全不同。目前的理论估计，宇宙的73%是暗能量，23%是暗物质，只有4%是已知物质。

北京时间2月20日，据国外媒体报道，阿尔法磁谱仪项目即将向地球发回第一批观测数据，这是人类在太空进行的最昂贵的实验。这个大型实验装置被放置在国际空间站上，用来探测宇宙射线和高能粒子。

诺贝尔物理学奖得主丁肇中表示，他将在未来几周内发表关于暗物质的研究论文。阿尔法磁谱仪项目最初是由丁肇中提出的。在宇宙中，是我们看不到的暗物质将星系连接在一起。研究人员不知道这些神秘的宇宙物质是如何形成的，但一些理论表明，大质量弱相互作用粒子(WIMP)是暗物质最有希望的候选者，而暗物质仍处于理论阶段。

尽管天文望远镜无法探测到大质量的弱相互作用粒子，但阿尔法磁谱仪非常有希望通过间接方法来证实其存在并描述其性质。将要发表的研究论文(其发表尚未得到证实)将详细阐述这项研究的进展。

丁肇中是麻省理工学院的物理学教授。他在20世纪90年代中期提出的项目现在已经达到了一个重要的里程碑。丁教授在波士顿举行的美国科学促进会年会上说:“我们已经等了18个月才写完这篇论文，现在我们正处于考试的最后阶段。”。“我预计我们将能够在未来两到三周内发布研究结果。我们有六个分析小组来分析相同的数据结果。如你所知，每个物理学家都有自己的观点，现在我们必须确保每个人都能彼此同意。这项工作现在差不多完成了。”

二十亿美元机器:“探索未知”

2011年，价值20亿美元的阿尔法磁谱仪将奋进号运送到国际空间站，这是奋进号的最后一次任务。阿尔法磁谱仪重7吨，有一个巨大的特殊超导磁体，可以弯曲落在上面的粒子的轨道。

粒子的弯曲轨迹显示了它的电荷。通过一系列探测器对粒子的质量、速度和能量进行分析，科学家可以准确地知道捕获了什么粒子。根据丁肇中教授的说法，在阿尔法磁谱仪运行的头18个月中，已经探测到250亿个粒子事件。

暗物质和暗能量之谜

在这些粒子事件中，近80亿是快速移动的电子和它们的反物质对应物，正电子。理论上，大质量弱相互作用粒子的碰撞和湮灭将产生大量的电子和正电子。通过测量两者的比率和能谱中的行为变化，科学家可能会找到研究暗物质问题的方法。

芝加哥大学卡夫里宇宙学研究所的迈克尔·特纳教授说:“在对正电子和电子的观察中，如果发现正电子和电子的比率突然上升，然后急剧下降，那么这就是星系中暗物质湮灭的关键迹象。”。“在能量系统中，我们也应该考虑是否存在各向异性。正电子是来自固定方向还是所有方向？”

特纳教授没有参加阿尔法磁谱仪合作项目。他继续说道:“暗物质应该无处不在。因此，如果我们发现正电子是从一个特定的方向发射的，这意味着信号来自一个天体，如脉冲星(中子星)，而不是暗物质。”据报道，这种α磁谱仪的数据指的是质量范围在0.5到350千电子伏(10亿电子伏)的正电子-电子比。这个范围已经是科学家认为暗物质可能被发现的其他实验的上限。

特纳教授说，科学家们正越来越接近这个目标。他预测，未来几年将被铭记为“大质量弱相互作用粒子(WIMP)的十年”，通过一系列研究，包括用大型强子对撞机制造WIMP，暗物质的性质将逐渐出现在我们面前。

特纳教授说:“理论上，这种粒子的质量大约是质子质量的30、40和300倍，也就是说，在30到1000GeV之间。”。“大型强子对撞机可以产生这种质量的粒子，丁肇中的阿尔法磁谱仪可以探测到这种质量粒子的湮灭，位于地下深处的探测器对这种质量的粒子也非常敏感。如果幸运的话，我们可以同时获得暗物质的三个特征信号，即观察粒子湮灭、直接探测粒子和用大型强子对撞机制造粒子。所有三种方法在相同的质量范围内都是敏感的。”阅读更多关于自然的网站