北京時間4月29日消息，美國宇航局“奮進”號航天飛機將于4月29日發(fā)射升空前往國際空間站，完成最后一次飛行任務(wù)。隨同“奮進”號航天飛機升空的還有一個重要的實驗設(shè)備--“反物質(zhì)太空磁譜儀”。這一先進的實驗設(shè)備將在太空軌道上完成搜尋反物質(zhì)星系和暗物質(zhì)跡象等重要任務(wù)。

據(jù)科學(xué)家介紹，反物質(zhì)太空磁譜儀重約6900多公斤，造價約為20億美元。該設(shè)備將裝備于國際空間站，主要用于搜索宇宙射線以及來自外太空的高能帶電粒子。反物質(zhì)太空磁譜儀將采用一個重約1900公斤的磁鐵來產(chǎn)生一個強大的均勻磁場，該磁場比地球磁場要強3000多倍。磁場可以折射宇宙射線，從而探測器能夠分析出宇宙射線的各種屬性，如電荷、速率等。

在2003年“哥倫比亞”號航天飛機失事后，美國宇航局最初決定反物質(zhì)太空磁譜儀升空計劃取消。后來，在科學(xué)家們的大力游說下，反物質(zhì)太空磁譜儀任務(wù)得以恢復(fù)。去年，科學(xué)家們替換了反物質(zhì)太空磁譜儀上的磁鐵，并重新裝上了更大體積的磁鐵，從而大大延長了反物質(zhì)太空磁譜儀的使用壽命，使其可以一直服役至2020年，這也是國際空間站的預(yù)期壽命。

諾貝爾獎得主、美國宇航局反物質(zhì)太空磁譜儀項目首席科學(xué)家丁肇中介紹說，“這一項目已開展了17年，共有16個國家600多名物理學(xué)家參與其中，這已成為一個重要國際合作項目。我們已經(jīng)反復(fù)檢測過多次以確保它能夠正常工作?，F(xiàn)在我們只在等待它的發(fā)射升空。”
搜尋宇宙射線和反物質(zhì)

宇宙射線所攜帶的能量比任何人工粒子加速器能夠產(chǎn)生的能量要高出數(shù)百萬倍。因此，它們能夠揭示出宇宙奧秘的點點滴滴，這是地球上任何實驗都無法取得的成果?？茖W(xué)家們希望，通過分析宇宙射線，反物質(zhì)太空磁譜儀能夠解決大量現(xiàn)有最困惑的科學(xué)難題，如反物質(zhì)星系是否存在，暗物質(zhì)究竟是由什么組成的等。
在物理學(xué)領(lǐng)域中，一個最困惑的謎團就是已知宇宙中的物質(zhì)與反物質(zhì)問題。如果反物質(zhì)太空磁譜儀能夠探測到反氦或更重的反物質(zhì)元素，那么這將是反物質(zhì)星系存在的強有力證據(jù)。反物質(zhì)星系可能就是由大量的反物質(zhì)恒星組成。

物理學(xué)的另一大謎團就是暗物質(zhì)問題。對于這種看不見、而且至今仍未確認(rèn)事物的屬性，科學(xué)家們?nèi)匀恢跎?，他們只能通過引力效應(yīng)得知宇宙中有大量暗物質(zhì)的存在。對于暗物質(zhì)，一個最主要的候選者就是一種被稱為“中性子”的粒子。如果中性子確實存在，當(dāng)它們相互碰撞時，就會釋放出大量的高能反電子，這種高能反電子就是反物質(zhì)太空磁譜儀所要探測的對象。

丁肇中表示，“在長期研究宇宙射線的過程中，這將是第一次以極高的精確度去完成探測任務(wù)。因此我們進入了一個新的領(lǐng)域，但我們確實不知道將會發(fā)現(xiàn)什么?！?

造價20億美元的設(shè)備

反物質(zhì)太空磁譜儀最初是由丁肇中于1994年提出設(shè)計構(gòu)想。該設(shè)備的目標(biāo)就是在太空中研究宇宙射線，因為地球上的大氣層是研究工作的主要障礙。丁肇中介紹說，“在太空中，有兩種類型的粒子，一種是沒帶電荷的，也就是光線和微中子。在過去一個世紀(jì)中，我們對太空的理解主要基于太空中和地面上大量望遠(yuǎn)鏡的觀測數(shù)據(jù)。對于宇宙射線之類的帶電粒子，由于它們帶有電荷，因此它們肯定有質(zhì)量。因為有質(zhì)量，所以它們肯定會被地球大氣層吸收。因此，必須要到太空中觀測它們。”

研究帶電粒子上的電荷，需要一個磁鐵。根據(jù)最初設(shè)計方案，反物質(zhì)太空磁譜儀上安裝的是一個超導(dǎo)磁鐵，使用壽命為三年，直至冷卻用的液態(tài)氦耗盡為止。丁肇中解釋說，“當(dāng)我們在一個模擬太空環(huán)境的熱真空容器中測試這種超導(dǎo)磁鐵時，發(fā)現(xiàn)它只能維持三年時間，否則就必須重新充液態(tài)氦。如果沒有航天飛機，根本沒法完成這一任務(wù)。因此，超導(dǎo)磁鐵被取消。”科學(xué)家們決定使用永久性磁鐵。不過永久性磁鐵比超導(dǎo)磁鐵要弱，因此敏感度也要降低30%。