我国科研人员采用“阿尔法磁谱“”数据为搜寻暗物质取得新思路

暗物质是理论上提出的可能存在于宇宙中的一种不可见的物质，它可能是宇宙物质的主要组成部分，但又不属于构成可见天体的任何一种已知的物质。大量天文学观测中发现的疑似违反牛顿万有引力的现象可以在假设暗物质存在的前提下得到很好的解释。

一种被广泛接受的理论认为，组成暗物质的是“弱相互作用有质量粒子”，其质量和相互作用强度在电弱标度附近，在宇宙膨胀过程中通过热退耦合过程获得观测到的剩余丰度。此外，也有假说认为暗物质是由其他类型的粒子组成的，例如轴子，惰性中微子等。

日前，国家天文台科研人员通过阿尔法磁谱仪-02 (AMS-02)实验的有关反质子等的能谱分析，反质子能谱图，也可以看到低能区域没有超出背景的迹象。相反对宇宙线总电子的能谱分析来看，由于存在正电子的超出，明显看到在宇宙线总电子流量能谱上，在TeV附近有明显的超出背景。显然相应暗物质质量分布存在多个末态粒子湮灭通道低于排除线，而被接受，预言的暗物质的质量范围分布在几百GeV到TeV以上。因此，这样的分析结果也更加印证了通过探测TeV以上宇宙线来搜寻暗物质的相关实验的可行性。

阿尔法磁谱仪是一个计划安装于国际空间站上的粒子物理试验设备。又称反物质太空磁谱仪，简称AMS。其目的在于探测宇宙中的奇异物质，包括暗物质及反物质。是一个由美国麻省理工大学丁肇中教授构思建造的物理探测仪器。他所带领的高能物理团队将三十多年来粒子加速器所积攒下来的经验推向太空。阿尔法磁谱仪将依靠一个巨大的超导磁铁及六个超高精确度的探测器来完成它搜索的使命。2011年5月16日，阿尔法磁谱仪随“奋进”号航天飞机升空，中国科学家为磁谱仪倾注了大量心血，参与项目的国际同行对中国科学家的贡献给予高度评价。

阿尔法磁谱仪重达6700千克，中国多家单位参加了研制，其中，中国科学院高能物理研究所和中国运载火箭技术研究院与法国、意大利的两个单位合作，研制了阿尔法磁谱仪电磁量能器，能够测量能量高达TeV的电子和光子，是寻找暗物质的关键子探测器。

参加阿尔法磁谱仪国际合作的中国单位还包括中国科学院电工研究所、上海交通大学、东南大学、山东大学、中山大学，以及中国台湾的“中央研究院”物理研究所、“中央大学”、中山科学研究院等。

这个粒子物理的实验将在国际空间站(ISS)的主构架上被放置三年，远离大气层以保证不受干扰，并充分利用国际空间站上的系统来采集数据。原计划阿尔法磁谱仪由NASA的航天飞机送入太空。但由于航天飞机近年来事故的影响，使得发射时间一再推迟，一直到2011年5月16日，美国“奋进”号航天飞机携带着中国参与制造的阿尔法磁谱仪，从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空，前往国际空间站。

整个探测器的机械结构的设计、制造和环境试验是由中国运载火箭技术研究院承担的，精度非常高，能达到航天飞机在起飞和着路时对机械结构强度的十分苛刻的要求。中国水利水电科学研究院承担了对机械结构强度的试验。

中国科学院电工研究所、中国科学院高能物理研究所和中国运载火箭技术研究院成功地研制出阿尔法磁谱仪最关键的永磁体系统，包括用高性能钕铁硼材料制成的永磁体和支撑整个磁谱仪的主结构。独特的魔环设计满足了空间实验对漏磁和磁二极矩的严格要求。

永磁体总重量约为2t，接收度为0.6m2·sr，磁偏转能力BL2为0.135T·m2，并在40℃以下不出现退磁。主结构采用双层薄壳系统，能经受永磁体强大的磁力和扭矩，以及起飞、着陆时的巨大载荷。永磁体系统通过了严格的空间环境模拟试验，满足了阿尔法磁谱仪的要求，并达到了美国宇航局严格的安全可靠标准。

阿尔法磁谱仪2曾尝试用超导磁体代替永磁体。尽管这种方法可以产生更强的磁场，但超导磁体需要液氦冷却，太空中无法补充液氦，这样磁谱仪寿命只有3年。而使用永磁体的磁谱仪的使用寿命长达18年至20年，所以专家们决定沿用永磁体。

阿尔法磁谱仪是一个大型的粒子物理实验。它是在三十年来从数十个气球，飞船和地面探测实验得出来的宇宙射线知识的基础上建立的。理论物理学家预测并在对撞机中寻找的几种粒子有可能在宇宙射线中存在。实验则有可能探测到它们，并得到粒子和它们远方的天体来源的宝贵信息。