AMS发布第一个实验结果 山东大学做出重要贡献

4月4日零时，山东大学参与的AMS项目发布第一个实验结果宣布已发现了四十万个正电子，这些正电子有可能来自脉冲星或人们一直寻找的暗物质。

 

 

图一：距离地表约400公里的观测点　阿尔法磁谱仪(AMS)收集穿过探测器的宇宙射线的数据

 

　　4月7日消息，由诺贝尔物理奖获得者丁肇中教授领导的AMS项目历时18年之后，第一次公布了实验的第一个结果。4月4日零时，山东大学参与的AMS项目发布第一个实验结果宣布已发现了四十万个正电子，这些正电子有可能来自脉冲星或人们一直寻找的暗物质。

　　AMS是安置于太空中的精密粒子探测装置(图一：AMS位于国际空间站的外部)。2011年5月19日放置至今，已观测超过三百亿个宇宙射线，其能量高达数万亿电子伏特。AMS的永久磁铁及其精密粒子探测器收集并分辨来自外太空的带电宇宙射线。AMS将在国际空间站上长期观测，预计每年记录一百六十亿个宇宙射线信号，并传送到地面，由AMS实验项目组分析。

　　从2011年5月19日至2012年12月10日的前18个月的太空实际探测运转中，AMS分析了两百五十亿个初级宇宙射线。其中，我们确认了六百八十万个电子及其反粒子——正电子的事例。发表的第一篇论文即报道了能量自5亿至3500亿电子伏特的六百八十万个粒子的結果。

　　电子与正电子经由AMS几个不同的探测器精确和冗余测量，才能从大量的本底质子事例中分辨出来。正电子能由此本底中清楚的分辨，有赖于AMS超过百万分之一的本底排除能力。由AMS探测的超过四十万个正电子，是当前最多的在太空中直接观测、分析的高能量反物质粒子。这篇论文可总结如下：

　　AMS测量了5亿至3500亿电子伏特能量区间内的正电子比分(即正电子流与电子与正电子流之和的比率)。我们观察到在5亿至100亿电子伏特间，此比分随能量的增加而减小。在100亿至約2500亿电子伏特间，此比分则递增，然而斜率(增加率)从200亿至2500亿电子伏特减小了一个数量级。在2500亿电子伏特以上，比分的能谱看似变平了，但我们需要更多的统计量来研究，目前的结果是基于预期收集总数据量的约十分之一的数据。正电子比分能谱未显示其有结构或随时间改变。正电子与电子的比率没有显示出空间的各向异性，即高能的正电子不是来自空间某个特定的方向，这比特性表明了新物理现象的论据。图二说明在第一篇发表的文章中展示的AMS数据。

 

 

　　如图二所示的精确能谱，未来延伸到更高能量后，最终会确定此能谱是来源于暗物质粒子的碰撞还是银河系中的脉冲星。此数据高的精确度显示AMS不久将能解决此问题。

 

　　过去几十年内，粒子物理与天文物理学家对初级宇宙射线中的正电子比分极感兴趣，背后的原因为：经由测量正电子与电子之比率并研究在全能谱中任何正电子过多的表現，对暗物质的来源及其它物理現象可以有更好的了解。

　　AMS曾用好几个维象学的模型來分析其第一个结果，其中之一在论文中描述包含于图二。此模型用了扩散的电子与正电子的成分加上一个共同源的成分，可以与AMS的数据拟合得非常好。这显示正电子比分与「电子流与正电子流各自为其扩散之成分与一单一之共同高能源之和」的假设符合。换言之，有相当比例的高能量电子与正电子来自于一个共同之源。

 

 

　　图三：AMS结果与最近发表的量测之比较。磁铁与精密之粒子侦测器、高精确度与统计量之助下，AMS基于仅约百分之十的总预期数据的第一个结果，明显有别于先前之实验。

 

　　AMS磁谱仪有能力探索新物理。如图三所示，AMS的精确度及可用之高的统计量，突显了它报导的正电子比分有别于先前之实验。AMS预期在太空站的生命期内将测量数十亿个宇宙射线。此原始数据的分析需要庞大的工作量。每一个收集的讯号其参数需经仔细的重建、分类与存档，由数个AMS物理学家小组进行独立的分析，以确保物理结果的精确性。