最大太空实验仪器:阿尔法磁谱仪

中国教育装备采购网2012-07-30 17:40围观585次我要分享

如图,这个安装在空间站上的实验仪器价值20亿美元。

 

  如图,这个安装在空间站上的实验仪器价值20亿美元。 

最大太空实验仪器已记录180亿次宇宙射线事件

 

  Mark Kelly(中)说,阿尔法磁谱仪是空间站上最重要的实验器材。

最大太空实验仪器已记录180亿次宇宙射线事件

 

  日内瓦的欧洲核子研究委员会在控制中心远程控制阿尔法磁谱仪的运行。

  据报道,这个史上最大的太空实验仪器已经记录到了180亿次宇宙射线事件,有助于科学家们打开宇宙未解之迷。

  这个数据比一个世纪以来人类所记录到的宇宙射线事件数还要多很多。

  这台阿尔法磁谱仪由欧洲核子研究委员会运营,旨在探索暗物质和反物质。

  宇航员们于2011年把这台阿尔法磁谱仪安装到太空站上,如今宇航员们在日内瓦的控制中心观测,以了解它的运行情况。

  太空飞行任务指挥官Mark Kelly向记者介绍称,阿尔法磁谱仪代表“国际空间站最顶端的科学”。

  实验捕获到的宇宙射线中,有若干射线是人类记录到的能量最强的高能粒子射线。

  Kelly参加的代号为STS134的飞行任务是奋进号航天飞机的最后一次任务,此次飞行任务之后,奋进号便从NASA的机队中退休。

  星期三,奋进号的机组成员们前来参观欧洲核子研究委员会的负载和运行控制中心。在这个中心,六名科学家负责全天24小时监视阿尔法磁谱仪的运行情况。

  重达七吨的阿尔法磁谱仪

  代理发言人Roberto Battiston对BBC的记者说,能看到安装阿尔法磁谱仪的宇航员来到本中心参观,大家感觉非常高兴。

  “我们对这些宇航员心存感激,因为他们冒着生命的风险安装了这台仪器,而对我们来说,用这台仪器做实验纯粹是因为我们的兴趣和好奇心。”

  “我们对阿尔法磁谱仪抱有很大的期望,我们希望能利用它去发现新事物,因为宇航员们为此花费了很多心血,我们就是一家人。”

  这台价值20亿美元、重达7吨的阿尔法磁谱仪是台巨大的机器,机器中心有一块专门设计的磁块。磁块能扭曲高能带电粒子的运动轨迹——宇宙射线,把射线导向一系列的感应器上,并由感应器分析这些粒子的来头。

  在地面上,人们建造了大型的粒子加速器,并让粒子相互对撞,以模拟它们在宇宙中产生时的过程。

  但是,任何地面上的粒子加速器都无法与宇宙的自然粒子加速器相比较——地球上的环境会吸收宇宙射线,因此科学们利用阿尔法磁谱仪去捕捉宇宙中“原汁原味”的粒子,以弥补大型强子对撞机在实验上的不足。

  从科学研究的角度来讲,赌注很大。阿尔法磁谱仪能够发现神秘暗物质的对撞结果,而暗物质在巨大的宇宙中占据着很大的空间。阿尔法磁谱仪能捕捉到名为“奇异夸克”的事物,甚至能解释为什么我们所看到的宇宙,为何其绝大部分是由物质而不是反物质构成。

  “要进行35次以上的飞行任务——非常复杂的太空往返飞行——才能把令人不可思议的国际空间站建起来”。船长Kelly介绍说。

  “阿尔法磁谱仪是国际空间站的最后一个部件,当我们把它安装好的时候,国际空间站也就完整了。这的确代表了国际空间站上最顶端的科学水平。我认为,我们在空间站上进行过的最重要的实验就是通过它来完成的。”

  在十四个月的运行过程中,阿尔法磁谱仪记录到180亿次宇宙射线事件,这个数目比过去一个世纪内人类记录到的还要多。

  但阿尔法磁谱仪是独一无二的仪器,人们要花很长时间才能了解它在几百分之一秒钟内看到的东西——而至今,科学团队们仅仅分析了这些数据中的很小一部分。

  17年前,来自麻省理工学院的诺贝尔获奖者丁肇中教授发起了阿尔法磁谱仪的项目,后来遇到不少挫折,且还面临预算问题,这个项目几乎搁浅——直至美国国会通过了一个法案才使此项目得以继续,太空飞船也才开始不定期往太空运送材料。

  科学团队已经注意到一种超高能正电子,即等量的反物质——9万亿电子伏的原子核——这比大型强子对撞机能够制造的粒子能量还要高。

  但丁肇中教授行事谨慎,有系统地开展工作,并不急于宣布任何发现。

  “我跟我的同事说,在接下来的40至50年中,没有人会愚蠢到重复我的实验。难度太大了。”丁肇中教授对BBC记者说。

  “因此,我们发布的报告将会极其的重要,我们不能出现差池。否则我们将会误导未来的物理学,而人们没有办法验证我们的对错。”

Transition Radiation Detector(穿越辐射探测器)能检测高能粒子的速度。

 

  Transition Radiation Detector(穿越辐射探测器)能检测高能粒子的速度。

  Silicon Trackers (硅追踪器)可以追踪粒子的运动轨迹。运动轨迹的弯曲程度决定于粒子的电荷。

  Permanent Magnet (永磁铁)是阿尔法磁谱仪最核心部件,它可以令粒子轨迹弯曲。

  Time-of-flight Counters (飞行时间计算器)可计算低能粒子的速度。

  Star Trackers (星体追踪器)能够扫描星域,以决定阿尔法磁谱仪在太空中的朝向。

  Cerenkov Detector(切仑科夫探测器) 能精确计算快速通过的粒子速度。

  Electromagnetic Calorimeter(电磁量能器)计算影响粒子运行所需的能量。

  Anti-coincidence Counter (符合计数器)将干扰粒子过滤出去。

  【寻找答案】

  STS-134飞行任务的专家Greg Chamitoff对BBC的记者说,能与阿尔法磁谱仪的团队合作,他感到很高兴。

  “如果他们发现了反物质——哪怕只是一个——那将是伟大的发现,因为他们同时会知道反物质的来源方向,他们或许可以说那一边的星系就是一个反物质的银河系。”

  “我们从阿尔法磁谱仪的发现里分析到的结果,将可以转化成我们对这个宇宙的认识,我们将了解宇宙中存在着什么。”

  宇航员们由妻子陪同参观,包括STS-134飞行任务的指挥官Mark Kelly的妻子——亚利桑那州的国会议员Gabrielle Giffords。此次参观欧洲核子研究委员会是她枪击受伤恢复后的首次国外旅行,在他丈夫执行飞行任务的几个月前,她在家乡遭遇了枪击案。

  欧洲核子研究委员会的研究主管Sergio Bertolucci对参观者的来访表示欢迎,他在致词中说:“我们不会只在一个地方发现我们需要的答案。”

  “阿尔法磁谱仪确实能像大型强子对撞机一样解决一些问题,我觉得这样很好。在这个领域我们不能太过专一,因为为了我们所寻找的答案……需要更多的不同的投入。”他对BBC记者说。

  “毕竟,我们是在试图解释:为什么宇宙会是这样。”

  丁肇中教授坚持拒绝透露他所期望的发现是什么,而科学团队们正对手头上的大量数据进行紧张的分析。

  他认为,可能我们无法感知未来的发现。

  “你可以回望一下上世纪后半段的粒子物理学。”

  “在上世纪60年代,科学家们在欧洲核子研究委员会和美国布鲁克海文建立大型的加速器,以研究核。在欧洲核子研究委员会,他们发现了中性流;在美国布鲁克海文,他们发现了两种中微子、电荷宇称不守恒和J粒子。这三个发现都获得了诺贝尔奖。在费米加速器实验室,科学家的初衷是研究微中子物理,而他们发现了第五种和第六种夸克。”

  “当人们建立了一个新的仪器,你会问最好的科学家,问他们将会发现什么。但科学家们通过这些精密仪器所发现的东西往往与他们的初衷毫无关系。
 

来源:网易探索责任编辑:荔枝

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