平均每2秒，阿爾法磁譜儀（AMS）會測量1000個宇宙線事件。通過分析這些數據，人類或許可以揭開暗物質和反物質的神秘面紗，知曉宇宙誕生之初的故事。

2011年5月，阿爾法磁譜儀隨著美國國家航空航天局的“奮進號”航天飛機進入太空，固定在國際空間站，每90分鐘繞地球一周，捕捉宇宙射線中暗物質和反物質的“蛛絲馬跡”。這是人類送入宇宙的第一個大型磁譜儀，進行精確粒子物理實驗。目前人類所能認知的物質只占宇宙構成的4%，剩余96%則是暗物質和暗能量，仍是物理學中沒有解開的謎團。

時隔5年，阿爾法磁譜儀已經累計測量了900億宇宙線事件。北京時間12月9日，在瑞士日內瓦歐洲核子研究中心，項目主持者丁肇中教授發布了阿爾法磁譜儀的“五年成績單”。其中令人驚喜的是，AMS觀察到了幾個反氦3，這一結果震驚了世界，因為它可能是宇宙存在反物質的證據。

“尋找反氦原子核是阿爾法磁譜儀最初的主要科學目標之一，”中國科學院高能物理研究所研究員、中國科學院院士陳和生是首批參與阿爾法磁譜儀項目的科學家，他告訴澎湃新聞（www.kxwhcb.com）：“丁肇中先生對科學非常謹慎。反氦3要排除所有其他來源的可能。宇宙線的粒子打擊到探測器上，會不會產生反氦3？根據我的了解，這是他們現在還在深入考慮的問題。”

陳和生出自丁肇中門下。1994年，當丁肇中開始有了將磁譜儀放置在太空進行實驗的科學創意，陳和生成為最早加入這項科學計劃的中國科學家之一。“大型磁體是磁譜儀的核心。把大型的磁體放到宇宙中去一直是科學家的一個夢想。”陳和生說。

在阿爾法磁譜儀之前，漫長的時間里，人類對太空的理解主要基于地面上或者太空中望遠鏡的觀測數據。宇宙射線會被地球大氣層吸收而攔截，要想研究宇宙射線，探究反物質和暗物質，需要去太空中觀察。宇宙射線是一種帶電粒子，需要一個磁鐵來讓它轉彎，辨析原子核是帶正電還是負電。電子帶的是負電，而它的反粒子則帶正電。

而“把磁體送到太空”之所以成為科學家的夢想，是因為這看似是一件不可能完成的任務。曾有科學家在1972年有過類似想法，但知難而退。丁肇中說：“這是我40多年里遇到的難度最大的實驗，甚至比當初為我帶來諾貝爾獎的發現J粒子的實驗還要困難得多。”

打破紀錄的“中國制造”，讓美國宇航局開了歷史先例

解決這一難題的正是中國科學家。

陳和生回憶，漏磁和磁二級矩是橫亙在科學家面前的兩座大山。

漏磁在磁體上天后會影響航天設備的運行，磁二級矩則是磁體會受到地球磁場的影響而轉動，要消耗能量來抵消。多國科學家對此束手無策。魔環結構可以攻克這兩大難題，而中國科學院電工研究所恰好在做核磁共振的磁體時積累了經驗，可以制造出符合條件的永磁體。

“首先是設計出沒有漏磁和磁二級矩的磁體，并在限定的重量范圍之內，達到要求的磁場均勻性和強度。”陳和生說，依靠歐洲核子研究中心的計算機系統，用現代高能物理多參數的優化，中科院高能所和中科院電工所一同設計出最終的方案。

但這還只是完成了一半。“它是要上天的，美國宇航局對安全性的要求非常高，何況，這是美國航天飛機第一次搭載中國制造的大型載荷，而且是第一個送入宇宙的大型磁體。如果有任何閃失，毀壞了航天飛機，后果不堪設想，所以有非常嚴格的評審。”陳和生說。中國運載火箭技術研究院（航天一院）用20多倍重力加速度的沖擊實驗來模擬離心實驗，確保磁體在發射、降落的嚴苛環境下平安無事。

最終，采用被稱為“磁王”的釹鐵硼稀土材料，64段磁條沿著環形圓周分布，內徑1.1米，外徑1.4米，厚0.8米，重2.6噸的磁體建成，精度比美國宇航局要求的高出一個數量級。在此前接受新華社采訪時，陳和生難言自豪之情：“從設計到制造，再到測試，整個過程都在中國完成，可以說是百分之百的中國制造。”

驗收環節的“打破紀錄”在意料之外。美國對航天飛機搭載的載荷要求極其嚴苛，據丁肇中此前透露，連做螺絲的人，美國宇航局都要問清楚，是誰做的，教育背景是什么樣的。一般而言，美國宇航局對送上太空的大型載荷有三輪安全評審，而這次，只有兩輪就敲定了。“他們說你們已經回答了所有的問題了，不需要再做第三次了，這是美國宇航局歷史上第一次。”

曾擱置13年才得以送上太空

一個科學設想的落地沒有耗去太長時間。1994年有了設想，1995年完成初步方案，1997年3月，作為阿爾法磁譜儀的核心部件，制備完成的永磁體從中國運往美國，裝有它的集裝箱剛好可以放進波音747貨機。緊接著，1998年6月，在美國約翰遜航天中心，“發現號”航天飛機搭載著裝有“中國心”磁體的“阿爾法磁譜儀1”進入太空。

“阿爾法磁譜儀1”是一次飛行試驗，此前從沒有精密的高能物理探測器上天。當時，國際空間站尚未建成，“發現號”在太空中飛行了10天后，安全回程，降落在肯尼迪發射中心。

但從“阿爾法磁譜儀1”到“阿爾法磁譜儀2”，中間卻相隔了整整13年。因為“哥倫比亞號”航天飛機執行任務時意外爆炸，航天安全問題成為牽絆，原定在2005年將“阿爾法磁譜儀2”送至太空的計劃被擱置。

丁肇中沒有就此氣餒。16個國家、56個研究機構的科研人員參與項目，耗資20億美元，眼看一切準備就緒，卻在最后實施環節被中止。丁肇中一邊想替補方法，一邊努力說服美國國會。2008年，美國國會通過相關法案，以立法的形式為阿爾法磁譜儀項目“保駕護航”。

這才有了2011年5月的歷史性一刻。“奮進號”完成了它退役前最后一次任務，將“阿爾法磁譜儀2”運至太空，開展科學實驗。而磁譜儀內部的永磁體依然是13年前中國制造的那座，永磁體經過歲月流逝，性能沒有變化。

如今，阿爾法磁譜儀已經“服役”5年，未來只要國際空間站還能運作，它也將繼續它的使命。2024年，在國際空間站退役之前，阿爾法磁譜儀會幫助人類“解碼”暗物質和反物質嗎？又或許，阿爾法磁譜儀會帶來意外的科學驚喜？