中國永磁體再次“出征”大宇宙 尋找反物質

5月16日，幾經推遲之后，高精度粒子探測器——“阿爾法磁譜儀2（AMS-02）”搭乘美國“奮進號”航天飛機的“絕唱之旅”，駛入寰宇。未來10年或更長時間里，它將在國際空間站運行，尋找反物質和暗物質，探索宇宙的起源及其構成。

“鮮為人知的是，它體內有一顆強大的‘中國心’——一塊‘MADE IN CHINA’、內徑約1.2米、重約2.6噸、中心磁場強度1370高斯的環形巨大永磁鐵。”中科院高能物理研究所所長、中科院院士陳和生接受新華社記者專訪時說。

“阿爾法磁譜儀”實驗是一個大型國際合作科學實驗項目。由諾貝爾物理學獎得主、華裔美國科學家丁肇中教授領導，美國、中國、德國等16個國家和地區的數百名研究人員參與其中。陳和生是這個團隊首批科學家和主要成員之一。反物質和暗物質是兩種“神秘”物質。從理論上講，它們應當存在，但現實中還沒有找到證明它們存在的真憑實據。“宇宙是最終的實驗室。”丁肇中在4月底發表的公報中表示。“要分辨物質與反物質，就得想辦法測量粒子帶正電還是負電。這就需要把一個巨大的磁鐵送到太空中去。如果使用常規磁鐵，到處彌漫磁場根本無法在太空中運行。”陳和生說。

1998年6月，“阿爾法磁譜儀1（AMS-01）”搭載美國“發現號”航天飛機首次進入太空，成為人類送入宇宙空間的第一個大型磁譜儀。當時，陳和生在佛羅里達州肯尼迪航天中心親歷了那次為期10天的實驗。“這10天里，中國永磁體經受住了考驗，工作正常。時隔13年后的今天，它再次‘披甲上陣’，到國際空間站做長期實驗，幫助AMS-02‘捕捉’神秘的反物質和暗物質。”談起AMS-02最核心部件——中國造永磁體，陳和生無比自豪。

丁肇中曾多次坦言，磁譜儀項目是他40多年科研生涯中遇到的“難度最大”的實驗，甚至比當初為他贏得諾獎的J粒子實驗還要“困難得多”。“最大的挑戰就是要將大型磁鐵放入太空。”丁肇中說。美國國家航空航天局（NASA）對磁鐵的負載安全要求極高。一是要降低漏磁，避免干擾航天飛機和空間站其他儀器的工作。二是磁二極矩必須極小，以免磁譜儀在地球磁場作用下產生轉動。

按照慣例，NASA對搭載大型設備需做三次安全評估，而中國制造的釹鐵硼磁鐵只做了兩次就順利“闖關”。業內人士說，這在NASA檢驗史上還是第一次。

這塊強大的“中國心”到底神奇在哪里？

“中科院電工研究所、高能所和中國運載火箭技術研究院的科學家們通力合作，選擇新型高磁能積釹鐵硼材料，采用獨特的‘魔環’結構磁路設計，64個磁化方向連續變化的永磁條安裝其中。這種結構使永磁體磁場約束在AMS磁體內部，漏磁和磁二極矩比NASA的要求小了一個數量級。”陳和生說。不久前，AMS-02曾進行模擬空間測試。科學家根據測試結果決定，沿用曾服役AMS-01的中國永磁體，它可以使磁譜儀使用壽命長達18到20年。

此外，AMS-02在AMS-01的基礎上增加了若干新的子探測器。其中，中科院高能物理研究所與中國航天科技集團公司的專家和意大利、法國同行共同研制出作為探測器關鍵部分的電磁量能器。“電磁量能器能精確測量光子和電子的能量，并排除宇宙線質子的本底，對探測的暗物質粒子十分關鍵。”陳和生說。