【羊城晚报】中大“精密空调” 助力阿尔法寻找暗物质

历时18年，由诺贝尔奖得主、美籍华人物理学家丁肇中主持的阿尔法磁谱仪（AMS）项目终于公布了第一个实验结果，发表在《物理评论快报》上，该项目有望对宇宙中究竟是否存在暗物质给出一个明确的结论。

在这一举世瞩目的实验结果的作者名单中，有18位来自中山大学的师生（部分已毕业），他们究竟在阿尔法磁谱仪项目中从事了哪些工作？记者采访了该项目的参与者。

“精密空调”中大造

阿尔法磁谱仪上有一个重要组件“径迹探测器”，是磁谱仪上唯一能分辨电子正负极性的组件，它长度近十米，对温度稳定性和均匀性的要求均极为苛刻，偏差不能超过±1℃，而最终伴随“进极探测器”升空的“精密空调”正是由中山大学研制的。

中山大学空间技术中心主任何振辉教授是“空调”项目的负责人。他告诉记者，“空调”的全名是机械泵驱动两相流体回路散热（热控）系统，从阿尔法磁谱仪升空至今一直工作正常，在《物理评论快报》发表的文章中，还专门提到了这台“精密空调”。

何振辉介绍说，虽然这套热控系统非常精密，但工作原理非常简单，类似于烧开水。水在一定条件下被加热时会沸腾蒸发，遇到锅盖等较冷的地方会重新凝结成水。而在中大研制的“空调”中，用高压的液体二氧化碳（CO2）代替水，流经发热的、温度高的电子元件时沸腾蒸发，带走热量；CO2的液体和蒸汽混合物流到低温的地方冷凝成液体，最后再经由机械泵的推送流回到负载继续蒸发，形成循环，学名叫做机械泵驱动两相回路系统。

丁肇中在最近给中山大学许宁生校长的来信中，评价道：“AMS每天不间断地纪录与采集数以亿计的数据信息。中山大学对AMS项目的研发和组装有着卓越的贡献，并一直支持AMS在轨道运行情况的监测以保证实验的顺利进行。”

据何振辉教授介绍，中山大学在阿尔法磁谱仪项目中取得的成就，绝不仅是署名的18名师生的功劳，到目前为止，中山大学先后共有23名教师和57名学生参与了该项目的工作。或参与前期热控系统的设计和测试，或参与后期的数据分析和重建，他们更多的成了幕后英雄。

250亿条观察数据 中大博士生参与整理

在从2011年5月19日至2012年12月10日的18个月的太空运行中，阿尔法磁谱仪共捕捉分析了250亿个初级宇宙射线事件，科学家们从中确认了680万个电子及正电子的事件，其中正电子事件40万个，这在科学史上也是首创。后期的数据处理，要还原每个电子的轨迹，并测算出其能量，这对于分析电子的来源至关重要，其重要性不亚于磁谱仪的研制。

中山大学物理科学与工程学院的博士生翁致力是中大18位署名作者之一，他有幸参与了数据处理工作，而国内能参与到这项工作的只有两人。这项常人看来非常枯燥的工作，翁致力却乐在其中，他说自己是幸运的，项目已经进行了18年，而到自己这里才真正有数据出来，相对于师兄师姐，自己更有成就感。

丁肇中对翁致力的评价非常高，“翁致力先生对AMS 数据分析做出了重要的贡献。他与美国麻省理工学院的科学家合作并受到他们的重视，大家都肯定了他是多年来与我们合作的最优秀的中国青年科学家。”

通过对数据的分析，究竟得出了怎样的结论？翁致力介绍说，680万个电子的能量从5亿至3500亿电子伏特不等，根据整理得到的数据，在5亿至100亿电子伏特间，正电子所占的比例可以很好地符合传统粒子物理学和宇宙学的理论，随着能量的提高逐渐减少。而超过100亿电子伏特这一能量级后，按照传统理论，正电子的比例会进一步减少，而实际观察到的结果却显示在100亿至约2500亿电子伏特间，正电子的比例却逐渐增加，在2500亿电子伏特以上，比例似乎持平了。

这些“多出来”的正电子是从哪里来的？这是暗物质是否存在的关键，根据进一步观察和数据分析，可能会有一个明确的答案。根据现有的假设，正电子有两个可能的来源：脉冲星或暗物质，“太阳系附近几颗脉冲星的位置是相对固定的，所以如果正电子是脉冲星发出的，那么当阿尔法磁谱仪改变方向时，正电子的比例会出现明显改变。而如果正电子来源于暗物质，按照现有的理论假设，在宇宙中，各个方向捕捉到的正电子比例会基本持平。目前搜集到的数据量只相当于预期收集总数据量的十分之一，通过进一步观察，得到更精确的数据后，便有望给出暗物质究竟是否存在的答案。”

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暗物质

暗物质不发光，不发出电磁波，所以看不见，暂时无法观测到。但与通常物质一样，暗物质有引力作用。这个引力效应让天文学家在宇宙空间发现暗物质占宇宙的23%，另外73%是暗能量，组成“可见”世界的常规物质只占4%。

虽然人们早已经猜测到暗物质可能存在，但一直以来从未明确探测到暗物质粒子，因此，还不能确定暗物质的性质。阿尔法磁谱仪是目前灵敏度最高，也是最复杂、最昂贵的一台暗物质探测设备，代表了当今科学实验的最高技术手段。项目启动之初便有16个国家的60个科研机构参与，目前已耗资21亿美元，实验过程可能持续15至20年。