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阿尔法磁谱仪(Alpha Magnetic Spectrometer，简称AMS)是人类送入宇宙空间的第一个大型磁谱仪，于1998年6月2～12日由美国发现号航天飞机搭载，成功地进行了首次飞行。并在2003年送到阿尔法国际空间站运行了3～5年。阿尔法磁谱仪是在丁肇中教授领导下的一个大型的国际合作科学实验项目。这项雄心勃勃的研究计划的主要目标是寻找太空中的反物质和暗物质。探索天体物理、粒子物理和宇宙论的重大疑难问题。包括美国、中国、俄国、意大利、瑞士、德国、芬兰等十多个国家和地区的三十七个研究机构的物理学家和工程师参加了这个计划。中国科学院电工研究所、高能物理研究所和中国运载火箭技术研究院等单位参加了这项重大的国际科技研究的合作项目，并在其中发挥了关键的作用。
发现号航天飞机运载阿尔法磁谱仪对“反物质”的探测。引发了人们对“反物质”的兴趣。
一、扑朔迷离的反物质
一些科学发现，常常使人们目瞪口呆。难以置信。而正是这些难以置信的发现，推动了人们对客观世界的认识和科学的进步。反物质的发现就是这样。
我们知道，物质是由分子和原子组成，原子是由带负电的电子和带正电的原子核组成。如果由带正电的电子与带负电的原子核组成原子，就是反原子。由反原子组成反物质。如果把自然界纷呈多样的宏观物体还原到微观本源。它们都是由质子、中子和电子所组成的。这些粒子因而被称为基本粒子，意指它们是构造世上万物的基本砖块，事实上基本粒子世界并没有这么简单。
1932年。美国科学家安德森发现了一种特殊的粒子，它的质量和带电量同电子一样，只是它带的是正电，而电子带的是负电。因此，人们称它为正电子。正电子是电子的反粒子。
正电子的发现引起了科学界的震惊和轰动。它是偶然的还是具有普遍性?如果具有普遍性，那么其它粒子是不是都具有反粒子?于是，科学家们在探索微观世界的研究中又增加了一个寻找的目标。
1955年，在美国的实验室中反质子被找到了。后来，又发现了反中子。60年代，基本粒子中的反粒子差不多全被人们找到了。一个反物质的世界渐渐被科学家像考古般地“挖掘”了出来。
反物质的研究者认为，宇宙中存在着我们看不见摸不着的“反物质世界”，它的基本属性同我们周围的世界正好相反。反物质的原子核是南反质子和反中子构成的“负核”，外有正电子环绕。反物质一旦同我们世界的“正物质”接触，便会在瞬间发生爆炸，物质和反物质变为光子或介子，释放巨大能量，产生“湮灭”现象。
二、究竟什么是“反物质”
究竟什么是“反物质”呢?反物质是不是非物质?如果证明反物质的存在，世界统一于物质的哲学原理是否还能成立?物质世界之外。是否还有一个反物质世界?反物质的出现和湮灭是否符合物质不灭定律等等。
宇宙中是否存在反物质是科学的一大难题。根据目前公认的大爆炸学说，宇宙是由大约在150亿年前的大爆炸产生的。大爆炸后，宇宙在不断地膨胀和冷却。大量的天文学观察和天体物理实验结果支持了这个理论。然而根据粒子物理理论。大爆炸理应产生同样数量的物质和反物质。迄今为止，所有的实验都没有在宇宙中观察到反物质的存在。宇宙中究竟是否存在反物质?这是目前粒子物理学家和天体物理学家关注的焦点之一。
反物质世界听起来很奇怪，其实不然。在亚原子粒子中，每个粒子皆有其反粒子为伴，两者的性质正好相反，如电子带一负电荷，反电子则带一正电荷(故又称正电子)，两者的旋转方向也相反，两者间的关系可谓古怪，它们一旦相碰即行消失(称湮灭)，而化成一阵γ射线暴。若宇宙中始终存在反粒子，那么它们势必会组成反原子，既而积聚成反星球、反星系，就如粒子所经历的那个过程。可是在我们居住的宇宙小小角落里，却从来没有人探测到反星球、反星系。直接观测反星体十分困难。因为原子和反原子所辐射出的皆为光子，这样，即使你看到一个反星球。可是其外貌跟一般星球并无二致。一个间接的办法是观测湮灭γ辐射。若我们近旁(如银河系内)有反物质存在，由于星球会发生爆炸，其包藏物质被拽入星际空间，成为周围星球相互交换的物质。这样，物质和反物质势必不时发生碰撞，而产生湮灭信号。事实上，天文界一直未观测到这种信号。若宇宙中不存在反物质世界。这在理论上又很难解释。据现代宇宙学，在大爆炸创生之初，产生了等量的物质和反物质：另一方面据量子论，真空空间中不时地暴出粒子对(如电子和反电子)，在一个瞬间后又隐没于虚空。所有这些都向我们暗示。宇宙中应有反物质世界的位置，这个问题一直困惑着物理学家。
三、宇宙中有反物质天体吗?
粒子实验已证实，正反粒子的强作用和电磁作用性质完全一样，因此反质子和反中子也能结合成带负电的反原子核，反核和反电子结合在一起，就能组成反原子。我们的正物质世界有多少种原子，相应在反物质世界中也能有多少种反原子，而且它们在结构上将是完全没有区别的，延伸起来讲，大量反原子可以构成反物质的恒星和星系。如果宇宙中正反物质为等量。那么这样的反恒星和反星系就应当存在。因此这给天文学家提出了一个深刻的问题：天上有反恒星和反星系吗?
要由观测来分辨远处星系由物质构成或反物质构成并不容易，至今的天文观测只是接收远处天体所放出的光子。原則上。正物质天体若辐射光子，那么同样的反物质天体应当辐射反光子。但是光子是纯中性的粒子。因此光子与反光子是同一种粒子。这样，天文学家通过可见光、射电、X射线或γ射线观测，原则上无法区分他的目的物是由物质构成还是由反物质构成。
恒星和星系除了辐射光子外。它们还辐射中微子。中微子与反中微子很不一样。如果天文学家能接收中微子，那么他就能区分物质天体与反物质天体。可惜中微子与任何物质的相互作用都很微弱，造一个能接收它们的仪器很困难。今天用这办法来区分物质天体或反物质天体还办不到。
我们的宇宙是由大量星系构成的。若在远处有反物质组成的星系，原则上也能用同样的道理来发现。星系之间并不是真空，而是弥漫着很稀薄的气体。因此，若既有正物质星系又有反物质星系，那么正反物质必会相遇，相遇处必会有湮灭过程发生。人们着意地寻找了相应的γ射线，而没有找到过。于是得出结论：在三千万光年的范围内不会有巨大的反物质星系存在。若在更远的地方有这种湮灭发生，由于它的信号太弱而没有被发现是不能排除的。所以上述结论是今天的观测能力所能给出的回答。
在这样的结果面前，人们的看法分成了两种。一种认为宇宙中正反物质应当是等量的，需要的是从更远处去寻找反物质星系存在的证据。另一种认为事实已暗示。宇宙中没有大量的 反物质存在，需要的是从宇宙的演化中去寻找造成今天没有反物质的原因。
四、在太空中寻找反物质
探测反物质的关键是必须把包括一个强有力的磁铁的探测器送入太空以测量宇宙中的原子核的电荷。几十年来，物理学家提出过各种方案企图将磁谱仪送入太空。但由于无法制造一个可以在太空运行的磁铁而未能如愿。中科院电工所利用多年来在研究核磁共振永磁体方面取得的丰富经验，提出了完全利用钕铁硼永磁材料的独特设计方案。它的磁场强，漏磁非常小。磁二极矩几乎为零。完全能满足AMS实验在空间运行的要求。丁肇中教授采用了中科院电工所的设计方案。中国科学家和工程师研制出了人类送入太空的第一个磁铁，使物理学家几十年来的梦想成为现实。
1998年的夏天，美国宇航局把阿尔法磁谱仪送上了太空。它的主要目标之一是寻找宇宙射线中的反原子核。如果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。那里的部分宇宙射线粒子会飞进我们这个由正物质构成的区域。由于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。因此反原子核可自由地飞行很长的距离。这样，放置在地球大气层之外的磁谱仪就能接收到它。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，它也包含由中途碰撞产生的次级粒子。因此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。这些反质子完全可能是次级产生的。反原子核就不一样。它是由若干个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，如果能从宇宙射线中观测到哪怕只有一个反α粒子，它将是强有力的证据，表明远处有反物质天体存在。阿尔法磁谱仪能同时准确地测定飞人仪器的粒子的质量和电荷。当太空中有反α粒子飞入磁谱仪，它是容易被分辨出来的。
大多数宇宙学家都认为，整个宇宙是由普通物质构成的，少数人坚持，在宇宙里有可能存在由反物质构成的星系，由这样的星系发出的光与由普通物质构成的星系发出的光是没有区别的，所以要知道它们的存在是很困难的。许多宇宙学家还这样推测：在开天辟地的那个时刻。物质和反物质就分离开，构成了两个宇宙，一个称做“宇宙”，另一个则是“反宇宙”，它们互相排斥并且以很大的速度互相远离。
故多数的粒子可视为“不是物质。就是反物质”。无论何时，一粒子与其相当之反粒子相遇即相互毁灭，根据质能互换原理(E=mc2)，其等质量物质均全部转变成高能光波。或在某些状况下转变成具高速运动之较轻粒子。中性粒子则为其自身之反粒子，行极速之衰变。反物质星云与一由普通物质组成之星云相碰撞。将以巨大的辐射能散发出去。
然而科学家却无法在宇宙间直接观测到反物质的存在，科学家只能利用高能物理的正负电子对撞机。模拟宇宙初始大爆炸景况，证实的确有反粒子存在，并推论一百五十亿年前的那场爆炸，应该同时产生了数量相当的物质和反物质，但如今物质的数量远超过反物质的数量。到底是何原因，造成物质数量远超过反物质的数量，科学家百思莫解!
迄今为止，寻找太空中的反物质和暗物质，一直是天体物理、粒子物理和宇宙论面临的重大疑难问题。对于在宇宙中找不到反物质的现象，几十年前，就有科学家大胆设想，如果宇宙中的正电子和负电子完全对称，那么，因为地球由带正电的电子和质子组成，那么就可能另外存在一个主要是由反电子和反质子所组成的星球。
总之，为彻底揭开宇宙反物质之谜，前面还有漫漫长路要走。相信随着科学技术的不斷发展和科学研究的不断深入。人们对反物质作用的认识一定会越来越深刻。
责任编辑 南 冲
发现号航天飞机运载阿尔法磁谱仪对“反物质”的探测。引发了人们对“反物质”的兴趣。
一、扑朔迷离的反物质
一些科学发现，常常使人们目瞪口呆。难以置信。而正是这些难以置信的发现，推动了人们对客观世界的认识和科学的进步。反物质的发现就是这样。
我们知道，物质是由分子和原子组成，原子是由带负电的电子和带正电的原子核组成。如果由带正电的电子与带负电的原子核组成原子，就是反原子。由反原子组成反物质。如果把自然界纷呈多样的宏观物体还原到微观本源。它们都是由质子、中子和电子所组成的。这些粒子因而被称为基本粒子，意指它们是构造世上万物的基本砖块，事实上基本粒子世界并没有这么简单。
1932年。美国科学家安德森发现了一种特殊的粒子，它的质量和带电量同电子一样，只是它带的是正电，而电子带的是负电。因此，人们称它为正电子。正电子是电子的反粒子。
正电子的发现引起了科学界的震惊和轰动。它是偶然的还是具有普遍性?如果具有普遍性，那么其它粒子是不是都具有反粒子?于是，科学家们在探索微观世界的研究中又增加了一个寻找的目标。
1955年，在美国的实验室中反质子被找到了。后来，又发现了反中子。60年代，基本粒子中的反粒子差不多全被人们找到了。一个反物质的世界渐渐被科学家像考古般地“挖掘”了出来。
反物质的研究者认为，宇宙中存在着我们看不见摸不着的“反物质世界”，它的基本属性同我们周围的世界正好相反。反物质的原子核是南反质子和反中子构成的“负核”，外有正电子环绕。反物质一旦同我们世界的“正物质”接触，便会在瞬间发生爆炸，物质和反物质变为光子或介子，释放巨大能量，产生“湮灭”现象。
二、究竟什么是“反物质”
究竟什么是“反物质”呢?反物质是不是非物质?如果证明反物质的存在，世界统一于物质的哲学原理是否还能成立?物质世界之外。是否还有一个反物质世界?反物质的出现和湮灭是否符合物质不灭定律等等。
宇宙中是否存在反物质是科学的一大难题。根据目前公认的大爆炸学说，宇宙是由大约在150亿年前的大爆炸产生的。大爆炸后，宇宙在不断地膨胀和冷却。大量的天文学观察和天体物理实验结果支持了这个理论。然而根据粒子物理理论。大爆炸理应产生同样数量的物质和反物质。迄今为止，所有的实验都没有在宇宙中观察到反物质的存在。宇宙中究竟是否存在反物质?这是目前粒子物理学家和天体物理学家关注的焦点之一。
反物质世界听起来很奇怪，其实不然。在亚原子粒子中，每个粒子皆有其反粒子为伴，两者的性质正好相反，如电子带一负电荷，反电子则带一正电荷(故又称正电子)，两者的旋转方向也相反，两者间的关系可谓古怪，它们一旦相碰即行消失(称湮灭)，而化成一阵γ射线暴。若宇宙中始终存在反粒子，那么它们势必会组成反原子，既而积聚成反星球、反星系，就如粒子所经历的那个过程。可是在我们居住的宇宙小小角落里，却从来没有人探测到反星球、反星系。直接观测反星体十分困难。因为原子和反原子所辐射出的皆为光子，这样，即使你看到一个反星球。可是其外貌跟一般星球并无二致。一个间接的办法是观测湮灭γ辐射。若我们近旁(如银河系内)有反物质存在，由于星球会发生爆炸，其包藏物质被拽入星际空间，成为周围星球相互交换的物质。这样，物质和反物质势必不时发生碰撞，而产生湮灭信号。事实上，天文界一直未观测到这种信号。若宇宙中不存在反物质世界。这在理论上又很难解释。据现代宇宙学，在大爆炸创生之初，产生了等量的物质和反物质：另一方面据量子论，真空空间中不时地暴出粒子对(如电子和反电子)，在一个瞬间后又隐没于虚空。所有这些都向我们暗示。宇宙中应有反物质世界的位置，这个问题一直困惑着物理学家。
三、宇宙中有反物质天体吗?
粒子实验已证实，正反粒子的强作用和电磁作用性质完全一样，因此反质子和反中子也能结合成带负电的反原子核，反核和反电子结合在一起，就能组成反原子。我们的正物质世界有多少种原子，相应在反物质世界中也能有多少种反原子，而且它们在结构上将是完全没有区别的，延伸起来讲，大量反原子可以构成反物质的恒星和星系。如果宇宙中正反物质为等量。那么这样的反恒星和反星系就应当存在。因此这给天文学家提出了一个深刻的问题：天上有反恒星和反星系吗?
要由观测来分辨远处星系由物质构成或反物质构成并不容易，至今的天文观测只是接收远处天体所放出的光子。原則上。正物质天体若辐射光子，那么同样的反物质天体应当辐射反光子。但是光子是纯中性的粒子。因此光子与反光子是同一种粒子。这样，天文学家通过可见光、射电、X射线或γ射线观测，原则上无法区分他的目的物是由物质构成还是由反物质构成。
恒星和星系除了辐射光子外。它们还辐射中微子。中微子与反中微子很不一样。如果天文学家能接收中微子，那么他就能区分物质天体与反物质天体。可惜中微子与任何物质的相互作用都很微弱，造一个能接收它们的仪器很困难。今天用这办法来区分物质天体或反物质天体还办不到。
我们的宇宙是由大量星系构成的。若在远处有反物质组成的星系，原则上也能用同样的道理来发现。星系之间并不是真空，而是弥漫着很稀薄的气体。因此，若既有正物质星系又有反物质星系，那么正反物质必会相遇，相遇处必会有湮灭过程发生。人们着意地寻找了相应的γ射线，而没有找到过。于是得出结论：在三千万光年的范围内不会有巨大的反物质星系存在。若在更远的地方有这种湮灭发生，由于它的信号太弱而没有被发现是不能排除的。所以上述结论是今天的观测能力所能给出的回答。
在这样的结果面前，人们的看法分成了两种。一种认为宇宙中正反物质应当是等量的，需要的是从更远处去寻找反物质星系存在的证据。另一种认为事实已暗示。宇宙中没有大量的 反物质存在，需要的是从宇宙的演化中去寻找造成今天没有反物质的原因。
四、在太空中寻找反物质
探测反物质的关键是必须把包括一个强有力的磁铁的探测器送入太空以测量宇宙中的原子核的电荷。几十年来，物理学家提出过各种方案企图将磁谱仪送入太空。但由于无法制造一个可以在太空运行的磁铁而未能如愿。中科院电工所利用多年来在研究核磁共振永磁体方面取得的丰富经验，提出了完全利用钕铁硼永磁材料的独特设计方案。它的磁场强，漏磁非常小。磁二极矩几乎为零。完全能满足AMS实验在空间运行的要求。丁肇中教授采用了中科院电工所的设计方案。中国科学家和工程师研制出了人类送入太空的第一个磁铁，使物理学家几十年来的梦想成为现实。
1998年的夏天，美国宇航局把阿尔法磁谱仪送上了太空。它的主要目标之一是寻找宇宙射线中的反原子核。如果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。那里的部分宇宙射线粒子会飞进我们这个由正物质构成的区域。由于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。因此反原子核可自由地飞行很长的距离。这样，放置在地球大气层之外的磁谱仪就能接收到它。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，它也包含由中途碰撞产生的次级粒子。因此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。这些反质子完全可能是次级产生的。反原子核就不一样。它是由若干个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，如果能从宇宙射线中观测到哪怕只有一个反α粒子，它将是强有力的证据，表明远处有反物质天体存在。阿尔法磁谱仪能同时准确地测定飞人仪器的粒子的质量和电荷。当太空中有反α粒子飞入磁谱仪，它是容易被分辨出来的。
大多数宇宙学家都认为，整个宇宙是由普通物质构成的，少数人坚持，在宇宙里有可能存在由反物质构成的星系，由这样的星系发出的光与由普通物质构成的星系发出的光是没有区别的，所以要知道它们的存在是很困难的。许多宇宙学家还这样推测：在开天辟地的那个时刻。物质和反物质就分离开，构成了两个宇宙，一个称做“宇宙”，另一个则是“反宇宙”，它们互相排斥并且以很大的速度互相远离。
故多数的粒子可视为“不是物质。就是反物质”。无论何时，一粒子与其相当之反粒子相遇即相互毁灭，根据质能互换原理(E=mc2)，其等质量物质均全部转变成高能光波。或在某些状况下转变成具高速运动之较轻粒子。中性粒子则为其自身之反粒子，行极速之衰变。反物质星云与一由普通物质组成之星云相碰撞。将以巨大的辐射能散发出去。
然而科学家却无法在宇宙间直接观测到反物质的存在，科学家只能利用高能物理的正负电子对撞机。模拟宇宙初始大爆炸景况，证实的确有反粒子存在，并推论一百五十亿年前的那场爆炸，应该同时产生了数量相当的物质和反物质，但如今物质的数量远超过反物质的数量。到底是何原因，造成物质数量远超过反物质的数量，科学家百思莫解!
迄今为止，寻找太空中的反物质和暗物质，一直是天体物理、粒子物理和宇宙论面临的重大疑难问题。对于在宇宙中找不到反物质的现象，几十年前，就有科学家大胆设想，如果宇宙中的正电子和负电子完全对称，那么，因为地球由带正电的电子和质子组成，那么就可能另外存在一个主要是由反电子和反质子所组成的星球。
总之，为彻底揭开宇宙反物质之谜，前面还有漫漫长路要走。相信随着科学技术的不斷发展和科学研究的不断深入。人们对反物质作用的认识一定会越来越深刻。
责任编辑 南 冲