寻找宇宙反物质

寻找宇宙反物质

1998年的夏天，美国宇航局把阿尔法磁谱仪送上了太空。它的主要目标之一便在于寻找宇宙射线中的反原子核。因为我国参与了这项研究，因此新闻媒体曾热心地宣传过它。美国著名华裔科学家丁肇中也正致力于此。

倘若相信宇宙中有等量的物质和反物质，那么在三千万光年之外应有大范围的反星系区存在。在那里，原始的宇宙射线应是由反质子和反α粒子组成的。那里的一些宇宙射线粒子会飞进我们这个由正物质构成的区域。因为星系际大部分地方很空旷，气体的密度约只有每立方米一个质子的质量。所以反原子核可自由地飞行很长的距离。这样一来，放置在地球大气层之外的磁谱仪就可以接收到它。这就是阿尔法磁谱仪计划的基本想法。

上面已提到，实际测到的并不只是原始的射线粒子，它同时也包含由中途碰撞产生的次级粒子。所以当我们从宇宙射线中发现了反质子，它并不说明远处一定有反物质天体区存在。这些反质子完全有可能是次级产生的。反原子核就不一样。它是由某些反核子结合而成的复合体，所以不可能是碰撞产生的次级粒子。因此，要是能从宇宙射线中观测到哪怕只有一个反α粒子，它将是有力的证据，表明远处有反物质天体存在。阿尔法磁谱仪可以同时准确地测定飞入仪器的粒子的质量和电荷。当太空中有反α粒子飞人磁谱仪，它是非常容易被分辨出来的。这正是设计者所期望的事6目前阿尔法磁谱仪升空已有一年了，它接收到的信息正在陆续送回，其结果无疑十分令人关注。

如果阿尔法磁谱仪的观测证实了远处有巨大的反物质区存在，那它肯定是一个里程碑式的成果。它的意义远不仅是证实了宇宙中有反物质天体，更重要的在于它对物理学提出了严峻的挑战。在早期宇宙中，正反粒子一定是混合的。按现有的物理理论，没有一种己知的作用力能使它们发生大范围的分离。所以，如果观测证实远处确有已被分离出去的大量反物质，物理学将需要突破性的变化。

如果宇宙中果真存在神秘的反物质，它们在哪里？为了解开这个世纪之谜，中国和意大利在西藏海拔4300米的羊八井地区，将建成世界上第一个1万平方米“地毯”式粒子探测阵列实验站，专门用以接收来自宇宙的高能射线和反物质粒子。

据高能物理所天体宇宙实验室研究员卢红博士介绍，宇宙高能射线是人类可以获得的惟一来自太阳系以外的物质样本。长期以来，它始终是科学家探索宇宙奥秘的研究对象。自从宇宙大爆炸理论出现后，科学家又一直致力于从宇宙射线中找到猜想中的神秘的反物质。但迄今为止，科学家们都还没能找到反物质的踪迹。

据了解，中国和日本科学家早在十年前已在羊八井地区设置了分散的外观类似蜂箱的粒子探测器，开展了宇宙射线的研究。并且先后接收到了正电子、υ子、π介子等高能粒子。而改建新的“地毯”式探测阵列，除了面积更大，还因为它是由玻璃板一样的方形平板组成，能够像铺地毯一样拼接而几乎没有缝隙，弥补了过去间距过大，丢失信息的缺点。

目前，容纳粒子探测陈列的一万平方米的实验厅已完工。中意两国科学家现在正在铺设“地毯”，铺设和调试工作大约需要两年时间。