空間科學實驗發(fā)現(xiàn)了潛在的暗物質(zhì)，2013年4月3日，科學團隊第一次發(fā)布了阿爾法磁譜儀或AMS的探測成果，阿爾法磁譜儀的造價為20億美元，主要用于對宇宙射線粒子的探測，它被安裝在一個相當于足球場大小的國際空間站的外部，在太空中探測到了被稱為正電子的反物質(zhì)粒子，正電子可能是暗物質(zhì)粒子在相互碰撞中留下的產(chǎn)物。理論物理學家羅伯特·加里斯托解釋說，國際空間站搭載的磁譜儀取得了顯著的探測成果，大量正電子的發(fā)現(xiàn)有重要的物理學意義，加里斯托不是AMS項目組的研究成員，目前擔任《物理評論通訊》雜志的編輯，阿爾法磁譜儀的探測成果通過了雜志編輯的審核。

阿爾法磁譜儀的探測數(shù)據(jù)可能揭示了什么物理特性，或者預示了暗物質(zhì)的存在，或者預示了其它粒子的發(fā)射源，國際空間站的一項科學功能是搭建一個太空實驗室。國際空間站的造價為1000億美元，相當于建造了一個地球軌道的空間實驗室，空間站駐扎了3到6名的全天候宇航員，阿爾法磁譜儀的主要科學使命是收集宇宙射線粒子，太空含有十分豐富的宇宙粒子，在地球大氣層的影響下，很大一部分的射線被擋在了地球大氣層之外，天文學家在地球表面的觀測活動受到了大氣層的干擾。

在1年半到18個月的觀測期間，阿爾法磁譜儀記錄了大約300億個宇宙射線粒子，其中包括了40萬個正電子，地面觀測達不到太空觀測的精確性，阿爾法磁譜儀項目的科學價值是實現(xiàn)了精確的太空探測。大量正電子的出現(xiàn)可能與暗物質(zhì)的作用有關(guān)，而暗物質(zhì)是一種看不見的“隱身物質(zhì)”，在宇宙物質(zhì)的總構(gòu)成中占到了80%。暗物質(zhì)的神秘性與其自身的特性有關(guān)，暗物質(zhì)粒子和普通物質(zhì)粒子不發(fā)生或極少發(fā)生相互的作用，但暗物質(zhì)引力有所不同，物理學家通過暗物質(zhì)和普通物質(zhì)的引力作用尋找暗物質(zhì)存在得線索。

根據(jù)暗物質(zhì)物理學中現(xiàn)有的主導性理論的解釋，弱相互作用的粒子組成了暗物質(zhì)，物理學家將產(chǎn)生弱相互作用的暗物質(zhì)粒子稱為WIMPS，大質(zhì)量的暗物質(zhì)粒子可能通過相互的碰撞產(chǎn)生湮滅反應，物理學家通過精確性的探測器檢測信號的產(chǎn)生。弱相互作用的暗物質(zhì)粒子或WIMPS可能有粒子和反粒子的雙重屬性，或WIMPS有反物質(zhì)粒子的伙伴，物質(zhì)粒子和反物質(zhì)粒子通過碰撞產(chǎn)生了湮滅作用，當兩個正反WINPS粒子發(fā)生碰撞時，有可能產(chǎn)生暗物質(zhì)粒子的湮滅作用，通過湮滅反應產(chǎn)生了電子和正電子。

搜索WIMPS的粒子信號是建造阿爾法磁譜儀的主要動機之一，無論磁譜儀在暗物質(zhì)的檢測中取得了怎樣的結(jié)果，科學團隊對AMS的早期成果都感到了歡欣鼓舞。第一次搭載了AMS的航天飛機的發(fā)射計劃被迫取消，原因是哥倫比亞號航天飛機在2003年發(fā)生了一場空難，災難事故的調(diào)查和分析耗費了很長時間，航天飛機的發(fā)射計劃或被取消，或被延遲，科學家通過各種渠道說服了NASA的官員，很有必要為科學實驗項目增加一次航天飛機的發(fā)射計劃，在科學家堅持不懈地勸說下，NASA為將要退役的航天飛機安排了一次最后的飛行，2011年4月，奮進號航天飛機發(fā)射升空，阿爾法磁譜儀被送上了國際空間站，在航天飛機30年的飛行使命中，這是倒數(shù)的第二次飛行。

造價昂貴的磁譜儀發(fā)現(xiàn)了暗物質(zhì)的跡象，不發(fā)光的暗物質(zhì)難以琢磨，不能通過望遠鏡發(fā)現(xiàn)它們的存在，暗物質(zhì)與普通物質(zhì)相比體量巨大，暗物質(zhì)彌漫了整個太空，“光彩熠熠”的普通物質(zhì)與暗物質(zhì)相比表現(xiàn)得“黯然失色”。阿爾法磁譜儀檢測到的正電子與粒子物理學的預期保持了一致。暗物質(zhì)粒子的碰撞可能產(chǎn)生了正電子，搭載在國際空間站的阿爾法磁譜儀檢測到了過量的正電子，可能表示了暗物質(zhì)粒子和其它粒子源的存在，夏威夷大學的物理學家維拉尼卡·賓迪解釋說，從暗物質(zhì)碰撞產(chǎn)生的正電子能量超過了10吉電子伏特（GeV），科學家之前實施過由衛(wèi)星搭載的探測器（PAMELA）或反物質(zhì)和光特性天體物理學的實驗項目研究，同樣檢測到了過量的正電子。

阿爾法磁譜儀檢測到的正電子覆蓋了很寬的能級范圍，從10GeV到250GeV，科學團隊期待在20GeV到250GeV的能級范圍發(fā)現(xiàn)由暗物質(zhì)的湮滅作用產(chǎn)生的正電子，科學家通常認為，隨著正電子能級的上升，正電子的數(shù)量將出現(xiàn)明顯的下降。過量的正電子似乎在太空的所有方向出現(xiàn)，而不是來自單一的太空方向，過量的正電子可能源于在太空彌散的暗物質(zhì)?？茖W團隊用阿爾法磁譜儀連續(xù)收集了680個百萬單位的正電子和電子信號，科學團隊目前不能肯定正電子來源于人們長期尋找的暗物質(zhì)。

阿爾法磁譜儀檢測到的過量正電子可能不是產(chǎn)生于暗物質(zhì)粒子WIMPS的相互碰撞，科學家因此需要找到其它的解釋，比如：超新星的遺留物——脈沖星，而很多的脈沖星分布在銀河系的銀道面。夏威夷大學的物理學家維拉尼卡·賓迪解釋說，即便阿爾法磁譜儀收獲了大量數(shù)據(jù)，科學家目前難以解開過量正電子如何產(chǎn)生的謎團，正電子可能產(chǎn)生于暗物質(zhì)，可能來源于脈沖星，甚至可能源自于其它的發(fā)射地，過量的正電子之謎有待今后的破解?？茖W家通過多種手段發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的真相，包括在深層的地下實驗室檢測暗物質(zhì)粒子WIMPS，各國科學家采用了低溫暗物質(zhì)搜索法，實施了氙氣的探測項目。

麻省理工的丁肇中出席了NASA新聞發(fā)布會，2013年4月3日，阿爾法磁譜儀的探測成果第一次與公眾見面，科學家有機會解釋了造價20億美元的大儀器的科學價值，安全性和經(jīng)濟性的雙重壓力使得NASA曾考慮放棄阿爾法磁譜儀的發(fā)射計劃，通過說明阿爾法磁譜儀項目的科學價值，這臺磁譜儀得以飛向了太空，這是一臺先進的宇宙射線探測儀，尋找宇宙中的反物質(zhì)和暗物質(zhì)是設計和建造的初衷，磁譜儀被安裝在國際空間站外部的主桁架，諾貝爾獎的獲得者和MIT的華裔物理學家丁肇中擔任了項目主管，200多名科學家來自16個國家的56個科研機構(gòu)，丁肇中領(lǐng)導了一支國際大家族的科學家隊伍。

2005年，NASA取消了搭載AMS航天飛機的使命計劃，2003年，航天飛機發(fā)生了一次最大的災難，升空后不久的哥倫比亞號航天飛機發(fā)生了爆炸，2011年，NASA停止了航天飛機的“艦隊計劃”，NASA管理層曾對阿爾法磁譜儀的發(fā)射計劃冷眼相看，但科學家熱情不減，他們發(fā)起了AMS的復活行動，游說國會議員，爭取他們?yōu)樘剿饔媱澩顿澇善?，科學家的倡議和努力取得了成效，經(jīng)濟不景氣，科學經(jīng)費的投入沒有減少，追加了一項額外的經(jīng)費，阿爾法磁譜儀進入國際空間站的計劃得以落實，2011年4月，奮進號航天飛機將阿爾法磁譜儀送上近地軌道的空間站。

科學家最終說服了NASA和國際空間站的管理層，延長了空間軌道實驗室的運行時限，國際空間站的運行將延長到2022年之后。AMS科學團隊有熱情和想象力，更換了AMS的主要部件，原初的磁鐵僅有幾年的壽命，經(jīng)過更換的永久性磁鐵有更長的使用期。2011年4月16日，阿爾法磁譜儀進入國際空間站，登入的三天后被激活，NASA位于波斯頓的約翰遜航天中心負責磁譜儀的運行管理。

磁譜儀由3英尺或91.44厘米寬的大塊磁鐵組成，強大的磁鐵使得太空中的射線粒子像綿羊一樣聽話，射線粒子在磁場按彎曲的路徑有序進入，磁場將射線粒子導入了大型儀器的“黑箱”，AMS的主要功能是檢測射線粒子的電荷、能量和其它物理指標。科研人員耗費了16年多的時間，研制了一部在太空翱翔的復雜機器，7噸重的大儀器承載了丁肇中科學團隊的巡天夢想。2013年2月17日，丁肇中出席了科學進步協(xié)會在波斯頓舉辦的年度會議，他在主旨發(fā)言中說到，“這不是書寫一篇論文，這是在理解暗物質(zhì)性質(zhì)的道路上邁出的一小步”，“沒有找到最后的答案，我們不會宣布沒有把握的最終結(jié)果”。

（編譯：2021-4-9）

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