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东南大学“登上”国际空间站

发布时间:2001-07-13访问量:414

5月31日,是东南大学百年校庆纪念日,也是一个令科学界倍加关注的日子。一个使人振奋的消息从东南大学迅速传开:诺贝尔物理奖得主、美籍华人科学家丁肇中教授与东南大学签订了“东南大学与国际空间站上的AMS(02)实验合作协议”,邀请东南大学参与他领导的国际空间站的有关研究。东南大学开始成为我国大陆地区首家全面介入AMS实验国际合作项目的高校。

 

  该协议的签定标志着东南大学将在几年后有望成为具有国际先进水准、世界公认的空间科学领域有所作为的重点大学。
  
  数千年来,人类对于宇宙基本物质的探索从未停止过,按照通行的“宇宙大爆炸”理论,宇宙是由物质和反物质组成的,那么“反物质”在哪里?过去50年来,在天文物理学上有很多重要的发现都是研究宇宙中的不带电荷、静质量为零的光子和中微子。AMS是人类第一次测量宇宙中带电粒子和原子核,它包括1万高斯的超导磁铁和5种精密探测器,它们能够在太空中精确测量到万亿电子伏的光子、正负电子、正反质子、氦原子核和反氦原子核。因为这是第一次探测带电粒子,有很多重要的物理现象可以研究,如寻找反物质组成的宇宙。科学家们认为,我们所能看到的只是以恒星或以星系形式存在的宇宙结构,这些物质大约只占到宇宙总体的10%,另外90%的物质观测不到。数千年来,人类对于宇宙基本物质的探索从未停止过,宇宙中反物质和暗物质之谜一直是摆在科学家面前的一个挑战。反物质的观点是1928年由著名物理学家保罗·狄拉克提出的,保罗·狄拉克因此而获得1933年诺贝尔物理学奖。反物质是指由反粒子组成的物质,所有的粒子都有反粒子,正、反物质一旦相遇,即会相互湮灭,变成能量。因此寻找反物质必须在太空中进行,以避开大气层对宇宙射线的吸收。

  AMS(ALPHA MAGNETIC SPECTROMETER),是为了在外层空间进行寻找由反物质组成的宇宙、探索暗物质的来源以及宇宙射线测量实验而研制的太空磁谱仪。AMS获得的宇宙中原始高能粒子和原子核实验数据,可以用来寻找暗物质的来源。大多数科学家都认为暗物质是由超对称性的粒子组成的,因此超对称粒子对撞时,可以产生大量的高能正电子、反质子。AMS是惟一可以从太空中直接测量这一现象的实验。

  AMS是由诺贝尔物理奖得主丁肇中教授领导的人类跨世纪大型国际合作科学实验项目,是国际空间站上惟一一项大型物理实验,也是人类第一次在太空中精密地测量宇宙中带电粒子和原子核的实验,有美国、中国、瑞士、法国、德国、意大利、俄罗斯等16个国家的大学和科研机构参加。1998年6月3日,AMS(01)于美国肯尼迪航天中心由“发现号”航天飞机送入太空,在航天飞机上进行了为期10天的飞行实验,证实仪器性能良好并测量到大量的反粒子,发现了很多近地球轨道宇宙线的新的现象。磁谱仪灵敏度非常高,尺度和一个桌子大小差不多,它的主体是在一个圆筒状的结构中,放置着以钕铁硼为材料的磁场强度很高的永久磁铁, 它由磁铁后方的探测器来记录带不同电荷物质在通过磁场后的偏转轨迹。 2005年10月,由中美等国科学家共同研制的太空磁谱仪,将被再次送入太空。与第一次进行的太空反物质实验相比,这次实验将有两点不同:一是磁谱仪工作时间长,从第一次的10天延长到计划中的3年,收集的数据将大大增加;二是作为核心部件,磁谱仪中原来的永磁体将被超导磁铁所替代。

  专家认为,这将对进一步破译反物质之谜,揭示宇宙诞生和演进以及物质世界构成等奥秘带来新的可能。这就是AMS(02)实验。经过3年的数据收集,AMS(02)的反氦与氦原子核的比当将达到10-10,也就是说可以观察到1000MPC,这样就可观测到宇宙边缘是否有反物质组成的宇宙存在。 经吴健雄教授介绍,我对东南大学有多年的认识。我知道,东南大学的许多教师很有兴趣、也有能力参加这项研究。 2002年5月31日下午,丁肇中教授在东南大学大礼堂做了一场题为《寻找宇宙的基本结构》的演讲。他首先从人类几千年来对宇宙认识的演变谈起,介绍了近年来人类探索宇宙基本粒子的情况,同时简单明了地介绍了加速器、电子、反物质、夸克、宇宙大爆炸以及国际空间站等基本知识。谈到2005年国际空间站的AMS(02)实验,丁肇中教授特别强调,该实验将由他们和东南大学一起来完成。AMS(02)实验将继续和美国的麻省理工学院(MIT)和耶鲁大学、瑞士的苏黎世高工(ETH)和日内瓦大学、意大利的佩鲁贾和比萨大学、 俄罗斯的莫斯科大学、德国的亚琛大学合作,从5月31日开始,中国的东南大学也将加入这一行列,丁肇中坚信东南大学参加这项研究工作后,会在该领域达到世界一流大学水准,为这项研究做出重要的贡献。

  丁肇中教授对我国科技事业作出了杰出贡献,1994年6月当选为中国科学院首批外籍院士。丁肇中教授说,中国在高能物理方面的成就与贡献是世界一流的,中国高能物理研究无论理论还是实验,其水平在世界上也是先进的,我绝对愿意与中国科学家合作。
  
  丁肇中教授是东南大学的老朋友,他还是东南大学的名誉教授,多年来,他一直关注着东南大学的建设和发展。有人问他,中国有这么多大学,您为何选定东南大学作为合作伙伴。他说,东南大学是一所有百年历史的名校,象吴健雄、严济慈就是从东大走出去的。经吴健雄教授介绍,我对东南大学有多年的认识,东南大学有很多年轻教师加入了AMS的研究工作。通过对东南大学的认识,我相信,东南大学的许多教师有能力参加这项研究工作,东南大学很快会达到一流大学的水准,并作出重要贡献。

  东南大学综合实力位居全国高校前列,其建筑土木、电子信息、能源交通、生物医学等学科特色鲜明、实力雄厚,享誉海内外。这次丁肇中教授邀请东南大学参与该项目的研究,对我国粒子物理及空间技术研究无疑是一个千载难逢的好机遇。通过国际水平的合作一方面可以开拓我国粒子物理研究的新领域,另一方面,由于国际上基于空间粒子探测的相关研究工作才刚刚起步,这无疑也为我们在该领域取得领先地位提供了良好机遇。

  在此之前,东南大学就有一些年轻教师参加了AMS实验,他们出色的工作表现,赢得了包括丁肇中教授在内的科学家们的赞许。这也是丁肇中教授主动邀请东南大学参与该项目研究的一个因由。

  按照《东南大学与在国际空间站上的AMS(02)实验合作协议》,丁肇中与东南大学在国际空间站上的AMS(02)实验合作项目包括:建立AMS数据分析中心(SOC),并争取在2005年后,该中心能够直接接收美国国家宇航局所传送的AMS(02)在国际空间站上采集的数据,并独立进行数据分析;在东南大学建立空间科学培训中心;参加AMS(02)的实验仪器当中核心技术的研究建造。

  协议签订后,丁肇中教授带领助手及AMS项目专家,多次来到东南大学,进一步落实AMS项目合作计划。11月6日,丁肇中教授又带着助手王晓真女士、麻省理工学院(MIT)主管地面接收站的A·Klimentov博士、莫斯科大学V·Plyaskin博士来到东南大学落实有关具体事项。V·Plyaskin博士和A·Klimentov博士分别作了关于地面接收和AMS数据分析的学术报告,并与丁肇中教授、顾冠群校长等就AMS东南大学地面接收站所需的配置进行探讨。东南大学将与其他世界一流大学一样,共同享有AMS的所有成果,有可能取得划时代的发现与突破。

  东南大学将这项科学研究作为今后几年的一项重要工作来抓。东南大学校领导十分关心这一项目的工作进展,中国工程院院士、东南大学校长顾冠群说,我们要组织一批“主心骨”人物参加这项研究工作,要本着全心全意的态度,我们将集成有关学科的专家,确保圆满、高质量地完成协议规定的各项工作。协议签订后,东南大学特事特办,积极展开AMS实验的有关工作。一方面集成学校无线电工程、自动控制、仪器、物理、材料、电子、电气、机械等优势学科,成立了AMS实验专家组,一批年轻专家已开始着手研究工作,并与国外专家进行交流、研讨,目前已有参加AMS计划的专家10人次来东南大学讲学。东南大学组织人力对AMS的有关资料进行消化研究,翻译了数万字的相关资料;另一方面,东南大学积极寻求各有关方面的支持。

  2002年6月28日,江苏省省长季允石会见了丁肇中教授和顾冠群校长。丁肇中教授向季省长汇报了他与东南大学签约以来的合作进展。丁肇中教授在向季允石省长的介绍中高度地评价了东南大学近年来所取得的成绩,并特别提到了自1992年初次与东南大学接触以来,东南大学的发展以及东南大学参加AMS项目的决心与安排。季允石省长听后说,这不仅是东南大学的光荣与骄傲,也是江苏省的光荣与骄傲,是江苏省的一件大事,江苏省将对东南大学与丁教授的合作全力支持。今年9月,国家科技部部长徐冠华和国家航天局局长奕恩杰分别会见了丁肇中教授和顾冠群校长,他们认为东南大学参与此项研究意义重大,徐冠华说科技部将积极支持东南大学,奕恩杰局长也说航天局将专门研究如何支持此项目。 根据协议,东南大学每年选派3-4位专家到美国麻省理工学院(MIT)及欧洲各大学工作,可以在麻省理工学院(MIT)和欧洲核子研究中心(CERN)设立办公地点,并可在AMS(02)发射升空之前,派人到美国宇航局的肯尼迪发射现场和约翰逊发射场工作。东南大学派出的专家,将参加AMS实验装置的数据获取、数据处理及物理分析等方面的工作,参与解决AMS探测器的某些关键技术问题。

  日前,东南大学拨专款成立了“国际空间站(AMS)实验室”,该实验室拥有一支全部具有博士学位的专职科研队伍。按计划,在东南大学AMS实验室将建成AMS(02)数据接收站,通过实时数据接收,获取蕴涵大量外太空高能粒子信息的第一手资料。在2005年以前参与完成丁肇中教授组织的AMS(02)计划的包括探测仪器在内的全部实验装置的加工制造与测试。此外,东南大学已与丁肇中教授商定,在东南大学实施AMS-C(即AMS-China)计划。AMS-C为太空中运行的AMS地面版本,可以测量到达地面的宇宙射线,它可以使东南大学科研人员熟悉AMS的关键技术。AMS-C是全世界惟一的AMS实验演示装置。今明两年,AMS(01)所用的硅微条探测器和磁铁将运抵东南大学,用于教学和AMS数据分析中心人员的培训。在恢复AMS(01)探测装置的过程中,专家们将对AMS相关科学问题进行全面攻关,通过实验和理论研究结合得出一批关键的实验与技术参数,确立我国在世界上高能粒子物理研究的优势,使我国在高能粒子基础研究方面在世界上占有重要的一席之地,并在AMS及反物质研究的某些方面取得国际公认的重大成就。

  东南大学AMS专家组组长、自动控制系主任李奇教授说,东南大学通过参与AMS(02)的研制,将很快全面掌握AMS的相关关键技术。随着东南大学AMS地面数据接收站的建成,以及2005年10月AMS(02)的升空,东南大学可以实时接收来自国际空间站AMS获得的所有数据。东南大学将与其他世界一流大学一样,共同享有AMS的所有成果,有可能取得划时代的发现与突破。

原载:2001-7-13 《扬子晚报/姜平波 李 震》

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