世界最大太空实验明日启动，准备寻找暗物质和平行宇宙

周五的航天飞机发射不仅仅是奋进号航天飞机的最后一次欢呼。它的货舱里装着一项巨大而有争议的物理实验，它可以帮助解答一些最令人困惑的科学谜团。随着阿尔法磁谱仪的交付，航天飞机的倒数第二次任务可能会成为其最伟大的成就之一。

AMS 位于国际空间站的永久位置，吸收宇宙射线，旨在研究宇宙的最深秘密——所有反物质都发生了什么，以及暗物质到底是什么？

参与该项目的麻省理工学院物理学家彼得·费舍尔 (Peter Fisher) 说：“暗物质的本质是我们这个时代的一大谜团。”

AMS 经历了漫长而曲折的道路才得以在周五发射。这项美国能源部实验耗时近 20 年，涉及 16 个国家 60 个机构的约 600 名研究人员。它耗资约 15 至 20 亿美元——显然，没有人能确定具体价格。哥伦比亚号事故发生后，NASA 将其从发射清单中删除，该实验几乎被完全取消，但科学家（其中最著名的是诺贝尔奖获得者和首席研究员 Samuel Ting）说服 NASA 将其重新列入计划。

AMS 是丁肇中心血结晶，有人甚至认为这是他的不祥之物，如果它能按计划顺利运行，探测到暗物质的踪迹，他有可能再次获得诺贝尔奖。

AMS 有点像大型强子对撞机中粒子探测器的轨道版本。它的核心是一个强大的低温冷却永久磁铁，它可以弯曲进入的粒子，在这里指的是宇宙射线、从垂死恒星、黑洞和其他宇宙现象向地球​​喷射的高能物质束。粒子在磁场中弯曲的方式揭示了它们的电荷。

重达 7 吨的 AMS 罐还包含用于测量入射粒子能量和速度的跟踪器，这将告诉物理学家他们正在观察的确切内容。

AMS 是在欧洲核子研究中心建造的，并在大型强子对撞机 (LHC) 内进行测试，这有助于校准其仪器。丁肇中去年秋天表示，它在准备发射时就已经探测到宇宙粒子了。

该系统灵敏度极高，可以在数十亿个原子核中探测到一个反核。它可以测量能量为 1 亿 TeV 的粒子——相比之下，LHC（通常被称为世界上最大的科学实验）以相对微不足道的 7 万亿电子伏特发射粒子并测量它们的碰撞。

大气会剥夺这些超高能宇宙粒子的一些特性，因此物理学家们一直在寻找一种太空探测器。AMS 的技术名称是 AMS-02，因为其早期版本于 1998 年随发现号航天飞机发射。顺便说一句，那也是最后一次前往俄罗斯前哨基地和平号的任务。

这项任务仅持续了 10 天，探测到了一些非常奇异的信号，包括一种可能的“奇异子”，即由奇异夸克以及上夸克和下夸克组成的基本粒子。粒子和力的标准模型认为夸克有六种类型（质子和中子的组成部分），但据科学家所知，所有物质都只由两种类型组成——上夸克和下夸克。如果这些奇异子在宇宙中大量存在，AMS 就会发现它们。

除了揭示奇异物质，AMS 还将寻找原始反物质的迹象，看看它们是否还存在于宇宙中。这可能有助于解答万物存在的原因。

从纯数学的角度来看，什么都不应该发生——反物质和正常物质应该在宇宙大爆炸后的最初时刻相互湮灭。但它们并没有发生，宇宙中物质的数量超过了反物质，因此有东西而不是没有。最近在地面粒子探测器上进行的一些研究揭示了为什么会出现这种情况，但 AMS 将进行更好的测量。它将能够探测到反氦或反氢——目前只被困在实验室中——这可能是反物质星系甚至由反物质构成的平行宇宙的证据。

AMS 还将探测到暗物质的微弱信号，暗物质的数量是我们所能看到的“正常”物质的六倍。AMS 的灵敏度足以探测到新类型的弱相互作用大质量粒子 (WIMP)，以及背景正电子、反质子或伽马射线通量中的信号，这些信号可能表明暗物质的存在。

如此崇高的目标对于航天飞机来说是一个完美的结局，它通过运送哈勃望远镜帮助科学家发现了暗物质。

虽然所有这些奇怪的可能性都令人兴奋，但在接受 BBC 采访时，丁建军表示，他希望这次实验能够超出他最疯狂的梦想。

他说：“对我和我的同事来说，AMS 最激动人心的目标是探索未知领域，寻找自然界中存在但我们却没有工具或想象力去发现的现象。”