空间站巨型反物质磁铁发现大量神秘粒子

就在地球附近，太空中充满了高能反物质粒子，数量之多超出了人们的解释范围。这些过剩的正电子（带负电的电子的镜像对立面）可能就是暗物质的信号。

不过，事实可能并非如此，目前科学家还不确定。但阿尔法磁谱仪发现过量正电子的消息仍然是个好消息，阿尔法磁谱仪是历史上规模最大、成本最高的物理实验之一。阿尔法磁谱仪位于国际空间站，飞行距离地球约 220 英里，可能即将帮助宇宙学家解释暗物质的成分。

目前，最好的消息是，耗资 20 亿美元的 AMS 成功运行，并解决了这些正电子是否真的过剩的问题。它的首批成果在日内瓦附近的欧洲核子研究中心的一次研讨会上公布。77 岁的研究员、AMS 存在的主要原因 Samuel Ting 正在《物理评论快报》上发表解释这些“新物理现象”的数据。

他在研讨会上表示：“这项实验首次详细探究了这种过剩现象的本质。我们观察到了许多新现象，很快，我们就会了解其根源。”

自 2011 年 5 月由奋进号航天飞机运送到国际空间站以来，AMS 已经发现了 300 亿条宇宙射线。它一直在测量正电子与普通电子的比例，这可能是探测暗物质的一种方法。预计会有大量高能电子——这些电子与爆炸恒星和其他来源轰击地球和太阳系其余部分的宇宙射线相同。不过，正电子更为罕见。然而，随着 AMS 宇宙射线能量等级的提高，越来越多的正电子出现了。

之前的实验也发现了类似的过剩现象，但无法证实，也无法证明其意义。一项实验名为“反物质探索和轻核天体物理学有效载荷”（PAMELA），另一项实验是 NASA 的费米望远镜，用于测量伽马射线。现在 AMS 已经证实了这种过剩现象，这意味着科学家们可能走上了正确的道路。

丁向欧洲核子研究中心的同事们表示：“理论学家们将会很开心地利用这些数据。”

暗物质示踪剂？

物理学家认为暗物质可能由一种叫做 WIMP 的物质组成，WIMP 代表弱相互作用大质量粒子。当两个 WIMP 相互碰撞时，它们会相互毁灭，从而形成一个电子-正电子对。这些粒子的质量与 WIMP 的大小有关。这也与其能量有关。因此，在某个能量范围内看到正电子可能是这些暗物质湮灭的迹象，也是其存在于我们宇宙局部的明显迹象。

问题是，正电子也可能来自其他来源。脉冲星在超高速旋转时会喷出正电子。因此，对于暗物质猎手来说，发现额外的正电子并不一定意味着顿悟。

AMS 或许还能揭示物质的其他奥秘。从数学角度来看，什么都不应该存在，因为物质和反物质在大爆炸后就应该归零了。但事实并非如此，现在宇宙中的一切都存在——但为什么呢？AMS 可以探测到从中性微子到奇异物质的奇异粒子，这可以帮助解答这些问题。

丁花费了数十年时间才建造出 AMS 并将其送入轨道。2003 年哥伦比亚号失事后，AMS 几乎被废弃，但他游说国会要求 NASA 发射它。在他的 PowerPoint 演示文稿中，他展示了包括前内布拉斯加州民主党参议员本·纳尔逊在内的议员参观探测器建造设施的照片。他的论文中提到了几位国会议员。

该仪器本身就是一项重大成就，它拥有一些最灵敏的电子设备，可以说是有史以来发射到太空的最精确的仪器。没有人真正确定过它的价格，但它的成本大约在 12 亿到 20 亿美元之间。这台重达 7 吨的仪器的工作原理有点像欧洲核子研究中心的粒子加速器，它有一个低温冷却的永磁体，可以弯曲进入的粒子。它们弯曲的方式揭示了它们的电荷和性质。它充满了氙气，里面有非常精确对齐的管子——以至于丁用医疗设备验证了它们的结构。

“我把他们像病人一样送进医院，给他们做了 CT 扫描，”他说。“记住，我们花了近 18 年才得到这些结果。”