4月3日下午丁肇中先生在CERN的報告了阿爾法磁譜儀(AMS02)的第一批物理成果:0.5 - 350 GeV正電子比例的測量結(jié)果。AMS02于2011年5月由航天飛機送到國際空間站,迄今已獲得超過300億宇宙線事例,其中包括680萬正負電子。這次發(fā)表的結(jié)果是測量的正電子對正負電子的比例隨能量變化的曲線。中科院的科學家參與了AMS實驗并做出重大貢獻。
宇宙線粒子的碰撞會產(chǎn)生正電子。通過宇宙線能譜和成分的分析,我們能夠比較精確的預(yù)言正電子對正負電子的比例隨能量變化的曲線。然而,宇宙中的暗物質(zhì)粒子湮滅,也將產(chǎn)生額外的正電子。因此,正電子對正負電子的比例隨能量變化的曲線對暗物質(zhì)粒子的存在十分敏感,成為國際粒子物理界和宇宙學界研究的熱點。
AMS是第一個在空間的粒子物理探測器,能精確測量電子的能譜,并區(qū)分質(zhì)子和正電子,誤判率小于百萬分之一。這次發(fā)表的測量結(jié)果的統(tǒng)計誤差和系統(tǒng)誤差都小于1%。“AMS測量了5億至3500億電子伏能量區(qū)間內(nèi)的正電子比例(即正電子數(shù)量占電子、正電子數(shù)量之和的比例)。在5億到100億電子伏能區(qū),這個比例隨能量增加而減小;在100億至約2500億電子伏能區(qū),該比例則隨能量增加而增加,但從200億電子伏能量開始,增加率逐漸減小一個數(shù)量級;在2500億電子伏特以上,正電子比例的能譜看起來變的平緩,不過需要更多的數(shù)據(jù)量來研究——本報道是基于AMS預(yù)期總數(shù)據(jù)量的約十分之一的數(shù)據(jù)。正電子比例能譜沒有顯示其有結(jié)構(gòu)或者隨時間改變?!?
對這次發(fā)表的正電子的超出進行的物理分析可能有兩種來源:一是暗物質(zhì)的正反粒子湮滅成為正負電子;二是脈沖星產(chǎn)生的正電子。這次AMS02發(fā)表的正電子比例的能區(qū)范圍還不足以區(qū)分這兩種解釋。估計還需要若干年積累數(shù)據(jù),才可能做出結(jié)論。
中國科學院對AMS做出了重大貢獻。阿爾法磁譜儀最關(guān)鍵的大型永磁體是由中科院電工研究所、高能物理所和中國運載火箭技術(shù)研究院在1995-1997年在北京設(shè)計、研制和測試的,曾于1998年6月由航天飛機搭載成功進行了首次飛行,成為人類送入空間的第一個大型磁體。它是AMS區(qū)分正負電子的核心設(shè)備。AMS02的電磁量能器是獲得這次重大成果的另一個關(guān)鍵設(shè)備,它是由中科院高能物理所、中國運載火箭技術(shù)研究院的科學家和意大利、法國同行合作研制。它能精確測量電子和正電子的能量,并區(qū)分同帶正電荷的質(zhì)子和正電子,誤判率小于萬分之一。
高能所AMS課題組積極參加了AMS的運行值班,并對數(shù)據(jù)分析和物理研究做出重要貢獻,對電荷測量、粒子識別、電子能量標定等發(fā)揮了關(guān)鍵的作用。

在距離地面400公里的國際空間站,阿爾法磁譜儀收集穿過探測器的原初宇宙線的數(shù)據(jù)。
AMS測量到的正電子比例與以下描述的模型具有極佳的吻合度。即便在如此高的統(tǒng)計量(六百八十萬事例)和精度下,正電子比例能譜也沒有顯示出有精細結(jié)構(gòu)。
http://www.ihep.cas.cn/xwdt/gnxw/2013/201304/t20130407_3814772.html