为了揭开一些宇宙中的伟大奥秘,一个国际小组的研究人员们开发了针对太空的最大粒子物理探测器。它被称为阿尔法磁性分光仪(AMS-02),通过搜寻暗物质、反物质以及比以往的设备更精确地测量宇宙射线的组成,来研究宇宙及其起源。
“没有什么能像它一样,”美国宇航局(NASA)的探测器项目负责人特伦特·马丁(Trent Martin)说,探测器由16个国家的56个机构共同建造的,由美国能源部(the U.S. Department of Energy)赞助。该分光仪已经准备好,随航天飞机暂定于2月的最后一次任务,飞向国际空间站。它将被附着在空间站的外部,每秒大约收集七千兆字节的数据。这些数据将被送到地面站用于研究。
该分光仪的核心是直径一米的环状磁铁。在其中心有8个独立的探测器。磁铁吸附粒子,并按照它们各自所带的电性,将其弯向不同方向。位于中心的新工具能够测量这些粒子的各个方面,比如,它们的轨道,质量,速率,速度和能量。阿尔法磁性分光仪还包含一个“反计数器”,用来阻止从不当角度进来的粒子;一个用于准确定位和方向的星跟踪器和全球定位系统;超过650个微处理器,将来自探测器的信号转换为数字信息,送交地面计算机分析。
目前,唯一近似阿尔法磁性分光仪的空间实验是帕梅拉(Pamela),它是2007年由俄国和意大利共同发射的宇宙射线和暗物质探测器。帕梅拉比阿尔法磁性分光仪小很多、敏感度稍差些,意大利佩鲁贾核物理研究所的物理学教授罗伯托·巴蒂斯顿(Roberto Battiston)说,他也是阿尔法磁性分光仪的代表发言人。新分光仪有七千公斤重,宽和高都超过4.5米。“它将会在1到2天时间,收集到帕拉梅在一年时间试图发现的数据,” 巴蒂斯顿补充道。
此分光仪将会探测到底是什么组成了几乎25%的宇宙——暗物质,人们从有形物体的引力推断出来暗物质的存在。“阿尔法磁性分光仪或许是我们了解暗物质本质的第一种方法,因为还没有其他的探测器具有如此规模和精密度,” 麻省理工学院物理学的副教授史蒂夫·纳恩(Steve Nahn)说。
新分光仪通过探求一种被称为反物质——物质神秘的孪生姐妹——来探究有关宇宙起源的线索。(试想:质子和电子拥有同等质量,但是电荷相反的双粒子。据了解,这种“反粒子”存在,它们可以在地球的微粒碰撞机中生产,但是,对理解宇宙大爆炸来说,关键还是了解宇宙中现有多少反物质。)最终,该分光仪将会比之前更准确地研究宇宙射线的组成和分布,马丁认为。当阿尔法磁性分光仪进驻太空的时候,它能够测量那些会被大气吸收的光线。
唯一比阿尔法磁性分光仪具有更强大的探测器是欧洲核能研究组织研究的粒子加速器,也叫大型强子对撞机(LHC),它曾经被用于最大的物理实验。强子对撞机和阿尔法磁性分光仪都是欧洲核能研究组织创建的,但是相较于强子对撞机,阿尔法磁性分光仪将会用各种方式探测空中的暗物质和发掘宇宙的组成,这在实验室是不能重现的,巴蒂斯顿说。
“一百年前,人们不知道电子,因此他们开始做试验,今天我们有了手机、电脑、成千上万的晶体管,”纳恩说。“那么,搞清楚宇宙的组成还有没有意义?毫无疑问。
强大探测器进驻太空
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