數理之窗,  神秘宇宙

AMS探測器發現氘原子數量爆表,挑戰現有科學認知

試想一下,假如有一天你跟朋友正在進行宇宙尋寶遊戲,突然發現一種罕見的寶物數量遠超預期。這正是國際空間站上的阿爾法磁譜儀(AMS,Alpha Magnetic Spectrometer)最近的發現!

科學家們一直在研究來自宇宙深處的神秘粒子——宇宙射線。在這些粒子中,有一種叫做「氘核(deuteron)」的特殊原子核,它由一個質子和一個中子組成。按照以往的理論,氘核應該和另一種叫做「氦-3(helium-3)」的原子核數量相當。但是,AMS的最新觀測結果卻打破了這一認知!

從2011年5月到2021年4月,AMS探測器捕捉到了驚人的2100萬個宇宙氘核。科學家們仔細分析了這些數據,發現氘核的數量遠遠超出了預期。更令人驚訜的是,在某些能量範圍內,氘核的數量竟然和宇宙中最常見的質子一樣多!

AMS合作組發言人丁肇中博士 (Dr. Samuel Ting)表示:「測量氘核非常困難,因為宇宙中存在大量的質子背景。我們的意外結果再次表明,我們對宇宙射線的了解還很少。」

計畫將探測能力提高300% 以1%精確度測量宇宙射線

來自AMS(Alpha Magnetic Spectrometer)實驗的觀測結果,展示了宇宙射線中的氮元素在不同能量下的分佈情況。主要觀察到的是,氮的能譜指數在一定的剛度範圍內介於初級(如氦、碳、氧)和次級(如鋰、鈹、硼)宇宙射線之間,但隨著剛度超過約100 GV後,氮的能譜變硬,並在約700 GV後與初級宇宙射線的能譜指數相同。這表明氮的來源可能具有複合特性,既有初級也有次級的成分。(圖片來源:Physical Review Letters. cc By4.0)

這個發現就像是在宇宙的拼圖中發現了一塊不匹配的碎片。它挑戰了我們對宇宙射線起源和傳播的理解,可能暗示著宇宙中存在一些未知的過程或來源。

接下來,科學家們計劃升級AMS探測器,使其探測能力提高300%。丁肇中博士充滿期待地說:「這將使我們能夠以1%的精確度測量所有帶電宇宙射線,為發展準確的宇宙射線理論提供實驗基礎。」

這項研究不僅展示了宇宙的神奇,也凸顯了科學探索的魅力。每一次意外發現都可能為我們打開認識宇宙的新窗口。誰知道呢,也許下一個重大發現就藏在這些神秘的宇宙射線中!這項研究結果已發表在《物理評論快報》上。

更多科學與科技新聞都可以直接上 明日科學網 http://www.tomorrowsci.com

首圖來源:Aguilar et al. cc By4.0 

圖片來源:Physical Review Letters. cc By4.0 

參考論文:
1.Properties of Cosmic Deuterons Measured by the Alpha Magnetic SpectrometerPhysical Review Letters.

延伸閱讀:

1.原子也能當開關?普渡大學的研究揭示光子「晶體管」新突破