北京
來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)
科技日?qǐng)?bào)記者 王延斌 通訊員 王一晗
宇宙中的磷、氯、氬、鉀、鈣從何而來(lái)？傳統(tǒng)理論認(rèn)為這些重原子核既可能由恒星演化過(guò)程產(chǎn)生，也可能由鐵等更重的原子核在銀河系內(nèi)傳播過(guò)程中與星際物質(zhì)發(fā)生碰撞碎裂產(chǎn)生。近日，由諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主丁肇中教授主持、山東高等技術(shù)研究院作為核心單位參與的國(guó)際空間站阿爾法磁譜儀（以下簡(jiǎn)稱“AMS”）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目公布了最新成果，該實(shí)驗(yàn)成為探索宇宙元素起源的里程碑式發(fā)現(xiàn)。
該成果以前所未有的精度測(cè)量了上述五種宇宙線原子核的能譜（能譜是描述粒子能量分布的核心物理概念），首次將能量范圍擴(kuò)展至萬(wàn)億電子伏，他們總結(jié)出一條規(guī)律：目前已測(cè)的20種原子核能譜，均可歸為兩類初級(jí)成分和兩類次級(jí)成分。
AMS核心目的是在太空環(huán)境下探測(cè)宇宙線，以此尋找宇宙中的反物質(zhì)、暗物質(zhì)，同時(shí)精確研究宇宙線的起源與性質(zhì)，探索宇宙的構(gòu)成奧秘。據(jù)了解，AMS自2011年升空以來(lái)，累計(jì)記錄超過(guò)2500億個(gè)宇宙線數(shù)據(jù)。山東高等技術(shù)研究院研究員、山東大學(xué)教授許偉偉和同事們歷時(shí)近6年，從中精確篩選出100萬(wàn)個(gè)目標(biāo)原子核樣本。
記錄并篩選并不容易，但更難的是分辨。許偉偉介紹，宇宙線中的重原子核穿過(guò)AMS探測(cè)器時(shí)，會(huì)與探測(cè)器外圍覆蓋的薄層材料碰撞，像子彈穿過(guò)墻壁一樣發(fā)生碎裂——一個(gè)鐵原子核可能碎成氯，也可能碎成氬。探測(cè)器捕捉到一個(gè)信號(hào)，如何判斷它是“原裝”還是“撞碎”的？該團(tuán)隊(duì)反復(fù)測(cè)量碎裂概率、評(píng)估背景噪聲，最終攻克了這一難題。這是迄今能量范圍最廣、精度最高的相關(guān)觀測(cè)結(jié)果。
許偉偉表示，上述成果揭示兩大關(guān)鍵宇宙規(guī)律：其一，這五種元素均包含“初級(jí)”與“次級(jí)”兩種成分。初級(jí)來(lái)自恒星爆炸等天體源，次級(jí)是更重原子核碎裂產(chǎn)生；偶數(shù)原子核氬和鈣的初級(jí)成分占比，顯著高于奇數(shù)原子核磷、氯、鉀。其二，AMS團(tuán)隊(duì)測(cè)過(guò)的20種原子核能譜，全部可歸為兩類初級(jí)成分和兩類次級(jí)成分。
上述發(fā)現(xiàn)對(duì)于人類探索宇宙元素起源意味著什么？許偉偉表示，宇宙始于大爆炸，最初只產(chǎn)生氫和少量氦，之后所有比鐵輕的元素都在恒星內(nèi)部核聚變中產(chǎn)生。此次測(cè)得的元素豐度和能譜，是任何宇宙元素起源理論模型都必須符合的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
據(jù)了解，接下來(lái)，AMS探測(cè)器將迎來(lái)重大升級(jí)。升級(jí)后，一年的高能宇宙線數(shù)據(jù)采集量將等同此前三年。AMS將繼續(xù)測(cè)量鈧、鈦、釩、鉻、錳等元素，拓展人類對(duì)宇宙元素起源的認(rèn)知邊界。
（受訪者供圖）
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