中國永磁體再次“出征”大宇宙 尋找反物質(zhì)
新華網(wǎng)北京5月16日電(記者 余曉潔)16日,幾經(jīng)推遲之后,高精度粒子探測器——“阿爾法磁譜儀2(AMS–02)”搭乘美國“奮進(jìn)號”航天飛機(jī)的“絕唱之旅”,駛?cè)脲居。未?0年或更長時間里,它將在國際空間站運(yùn)行,尋找反物質(zhì)和暗物質(zhì),探索宇宙的起源及其構(gòu)成。
“鮮為人知的是,它體內(nèi)有一顆強(qiáng)大的‘中國心’——一塊‘MADE IN CHINA’、內(nèi)徑約1.2米、重約2.6噸、中心磁場強(qiáng)度1370高斯的環(huán)形巨大永磁鐵!敝锌圃焊吣芪锢硌芯克L、中科院院士陳和生接受新華社記者專訪時說。
“阿爾法磁譜儀”實驗是一個大型國際合作科學(xué)實驗項目。由諾貝爾物理學(xué)獎得主、華裔美國科學(xué)家丁肇中教授領(lǐng)導(dǎo),美國、中國、德國等16個國家和地區(qū)的數(shù)百名研究人員參與其中。陳和生是這個團(tuán)隊首批科學(xué)家和主要成員之一。
反物質(zhì)和暗物質(zhì)是兩種“神秘”物質(zhì)。從理論上講,它們應(yīng)當(dāng)存在,但現(xiàn)實中還沒有找到證明它們存在的真憑實據(jù)!坝钪媸亲罱K的實驗室!倍≌刂性4月底發(fā)表的公報中表示。
“要分辨物質(zhì)與反物質(zhì),就得想辦法測量粒子帶正電還是負(fù)電。這就需要把一個巨大的磁鐵送到太空中去。如果使用常規(guī)磁鐵,到處彌漫磁場根本無法在太空中運(yùn)行!标惡蜕f。
1998年6月,“阿爾法磁譜儀1(AMS–01)”搭載美國“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機(jī)首次進(jìn)入太空,成為人類送入宇宙空間的第一個大型磁譜儀。當(dāng)時,陳和生在佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心親歷了那次為期10天的實驗。
“這10天里,中國永磁體經(jīng)受住了考驗,工作正常。時隔13年后的今天,它再次‘披甲上陣’,到國際空間站做長期實驗,幫助AMS–02‘捕捉’神秘的反物質(zhì)和暗物質(zhì)。”談起AMS–02最核心部件——中國造永磁體,陳和生無比自豪。
丁肇中曾多次坦言,磁譜儀項目是他40多年科研生涯中遇到的“難度最大”的實驗,甚至比當(dāng)初為他贏得諾獎的J粒子實驗還要“困難得多”。
“最大的挑戰(zhàn)就是要將大型磁鐵放入太空!倍≌刂姓f。美國國家航空航天局(NASA)對磁鐵的負(fù)載安全要求極高。一是要降低漏磁,避免干擾航天飛機(jī)和空間站其他儀器的工作。二是磁二極矩必須極小,以免磁譜儀在地球磁場作用下產(chǎn)生轉(zhuǎn)動。
按照慣例,NASA對搭載大型設(shè)備需做三次安全評估,而中國制造的釹鐵硼磁鐵只做了兩次就順利“闖關(guān)”。業(yè)內(nèi)人士說,這在NASA檢驗史上還是第一次。
這塊強(qiáng)大的“中國心”到底神奇在哪里?
“中科院電工研究所、高能所和中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院的科學(xué)家們通力合作,選擇新型高磁能積釹鐵硼材料,采用獨特的‘魔環(huán)’結(jié)構(gòu)磁路設(shè)計,64個磁化方向連續(xù)變化的永磁條安裝其中。這種結(jié)構(gòu)使永磁體磁場約束在AMS磁體內(nèi)部,漏磁和磁二極矩比NASA的要求小了一個數(shù)量級。”陳和生說。
不久前,AMS–02曾進(jìn)行模擬空間測試。科學(xué)家根據(jù)測試結(jié)果決定,沿用曾服役AMS–01的中國永磁體,它可以使磁譜儀使用壽命長達(dá)18到20年。
此外,AMS-02在AMS-01的基礎(chǔ)上增加了若干新的子探測器。其中,中科院高能物理研究所與中國航天科技集團(tuán)公司的專家和意大利、法國同行共同研制出作為探測器關(guān)鍵部分的電磁量能器。
“電磁量能器能精確測量光子和電子的能量,并排除宇宙線質(zhì)子的本底,對探測的暗物質(zhì)粒子十分關(guān)鍵!标惡蜕f。
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