中國永磁體再次“出征”大宇宙 尋找反物質(zhì)

5月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(hào)”航天飛機(jī)的“絕唱之旅”，駛?cè)脲居?。未?0年或更長時(shí)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。”中科院高能物理研究所所長、中科院院士陳和生接受新華社記者專訪時(shí)說。

“阿爾法磁譜儀”實(shí)驗(yàn)是一個(gè)大型國際合作科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。由諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)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(gè)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(gè)團(tuán)隊(duì)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(shí)中還沒有找到證明它們存在的真憑實(shí)據(jù)?！坝钪媸亲罱K的實(shí)驗(yàn)室。”丁肇中在4月底發(fā)表的公報(bào)中表示?！耙直嫖镔|(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(gè)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(hào)”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(gè)大型磁譜儀。當(dāng)時(shí)，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(shí)驗(yàn)?！斑@10天里，中國永磁體經(jīng)受住了考驗(yàn)，工作正常。時(shí)隔13年后的今天，它再次‘披甲上陣’，到國際空間站做長期實(shí)驗(yàn)，幫助AMS-02‘捕捉’神秘的反物質(zhì)和暗物質(zhì)?！闭勂餉MS-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(xiàng)目是他40多年科研生涯中遇到的“難度最大”的實(shí)驗(yàn)，甚至比當(dāng)初為他贏得諾獎(jiǎng)的J粒子實(shí)驗(yàn)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(duì)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(dòng)。

按照慣例，NASA對(duì)搭載大型設(shè)備需做三次安全評(píng)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(yàn)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(dú)特的‘魔環(huán)’結(jié)構(gòu)磁路設(shè)計(jì)，64個(gè)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(gè)數(shù)量級(jí)?！标惡蜕f。不久前，AMS-02曾進(jìn)行模擬空間測試?？茖W(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?！半姶帕磕芷髂芫_測量光子和電子的能量，并排除宇宙線質(zhì)子的本底，對(duì)探測的暗物質(zhì)粒子十分關(guān)鍵?！标惡蜕f。