中国永磁体再次“出征”大宇宙 寻找反物质

5月16日，几经推迟之后，高精度粒子探测器——“阿尔法磁谱仪2（AMS-02）”搭乘美国“奋进号”航天飞机的“绝唱之旅”，驶入寰宇。未来10年或更长时间里，它将在国际空间站运行，寻找反物质和暗物质，探索宇宙的起源及其构成。

“鲜为人知的是，它体内有一颗强大的‘中国心’——一块‘MADE IN CHINA’、内径约1.2米、重约2.6吨、中心磁场强度1370高斯的环形巨大永磁铁。”中科院高能物理研究所所长、中科院院士陈和生接受新华社记者专访时说。

“阿尔法磁谱仪”实验是一个大型国际合作科学实验项目。由诺贝尔物理学奖得主、华裔美国科学家丁肇中教授领导，美国、中国、德国等16个国家和地区的数百名研究人员参与其中。陈和生是这个团队首批科学家和主要成员之一。反物质和暗物质是两种“神秘”物质。从理论上讲，它们应当存在，但现实中还没有找到证明它们存在的真凭实据。“宇宙是最终的实验室。”丁肇中在4月底发表的公报中表示。“要分辨物质与反物质，就得想办法测量粒子带正电还是负电。这就需要把一个巨大的磁铁送到太空中去。如果使用常规磁铁，到处弥漫磁场根本无法在太空中运行。”陈和生说。

1998年6月，“阿尔法磁谱仪1（AMS-01）”搭载美国“发现号”航天飞机首次进入太空，成为人类送入宇宙空间的第一个大型磁谱仪。当时，陈和生在佛罗里达州肯尼迪航天中心亲历了那次为期10天的实验。“这10天里，中国永磁体经受住了考验，工作正常。时隔13年后的今天，它再次‘披甲上阵’，到国际空间站做长期实验，帮助AMS-02‘捕捉’神秘的反物质和暗物质。”谈起AMS-02最核心部件——中国造永磁体，陈和生无比自豪。

丁肇中曾多次坦言，磁谱仪项目是他40多年科研生涯中遇到的“难度最大”的实验，甚至比当初为他赢得诺奖的J粒子实验还要“困难得多”。“最大的挑战就是要将大型磁铁放入太空。”丁肇中说。美国国家航空航天局（NASA）对磁铁的负载安全要求极高。一是要降低漏磁，避免干扰航天飞机和空间站其他仪器的工作。二是磁二极矩必须极小，以免磁谱仪在地球磁场作用下产生转动。

按照惯例，NASA对搭载大型设备需做三次安全评估，而中国制造的钕铁硼磁铁只做了两次就顺利“闯关”。业内人士说，这在NASA检验史上还是第一次。

这块强大的“中国心”到底神奇在哪里？

“中科院电工研究所、高能所和中国运载火箭技术研究院的科学家们通力合作，选择新型高磁能积钕铁硼材料，采用独特的‘魔环’结构磁路设计，64个磁化方向连续变化的永磁条安装其中。这种结构使永磁体磁场约束在AMS磁体内部，漏磁和磁二极矩比NASA的要求小了一个数量级。”陈和生说。不久前，AMS-02曾进行模拟空间测试。科学家根据测试结果决定，沿用曾服役AMS-01的中国永磁体，它可以使磁谱仪使用寿命长达18到20年。

此外，AMS-02在AMS-01的基础上增加了若干新的子探测器。其中，中科院高能物理研究所与中国航天科技集团公司的专家和意大利、法国同行共同研制出作为探测器关键部分的电磁量能器。“电磁量能器能精确测量光子和电子的能量，并排除宇宙线质子的本底，对探测的暗物质粒子十分关键。”陈和生说。