4月5日，由丁肇中先生主持、中山大學(xué)師生參與的阿爾法磁譜儀(AMS)實驗組在《物理評論快報》(Physical Review Letters)發(fā)表了第一個物理結(jié)果。這篇重量級論文包含了18名中山大學(xué)師生的辛勤工作。日前，參與該項目的中山大學(xué)物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院、空間技術(shù)中心主任何振輝教授，2010級博士生翁致力以及校黨委李萍副書記接受了中國新聞社、科技日報、南方日報、羊城晚報、廣州日報等媒體與學(xué)校新聞中心的采訪。

探求宇宙奧秘，多名師生參與

AMS(Alpha- Magnetic Spectrometer，阿爾法磁譜儀)是由諾貝爾獎獲獎?wù)叨≌刂邢壬I(lǐng)導(dǎo)、全球16個國家和地區(qū)的56個研究機構(gòu)合作承擔(dān)的國際性大型科研項目， 超過1500名科研人員參與該項目的研究工作，中山大學(xué)是中國參與該項目的五所大學(xué)之一。

AMS計劃是人類第一次在太空中使用粒子物理精密探測儀器和技術(shù)的實驗,是國際空間站（ISS）上唯一的大型科學(xué)實驗。AMS的核心探測器硅微條軌跡探測器是至今唯一能夠區(qū)分正物質(zhì)與反物質(zhì)的探測器，其目的是通過探測宇宙中的反物質(zhì)和暗物質(zhì)，探索宇宙的起源與未知。

AMS作為已有在太空運行的最精確、最靈敏的例子譜儀，自2011年5月19日在國際太空站外部工作至今雖然才短短十八個月，AMS已分析了兩百五十億個初級宇宙射線事件，其中實驗組確認了六百八十萬個的電子及其反粒子——正電子事件，這在數(shù)量上前所未有。AMS的第一個物理結(jié)果就是通過精密研究這六百八十萬個粒子得出的，作為AMS首篇論文于《物理評論快報》成功發(fā)表。

何振輝教授介紹，中大共有理工學(xué)院、工學(xué)院、化工學(xué)院、生科院四個學(xué)院參與熱控系統(tǒng)項目，參與師生達70多名，做出明顯貢獻的就有30多名。這篇論文的作者中包含了18名中大師生的心血，參加論文的數(shù)據(jù)重建和分析工作的翁致力是我校2010級物理學(xué)博士研究生。黃臻成、莫冬傳、王自鑫、唐承佩和張展幾位老師，當年曾是參加TTCS的研究生和主力骨干，在AMS項目中得到鍛煉成長，如今已是我校青年骨干教師。同時，中大派出的教授和研究生還參與了2011年5月AMS發(fā)射全程，擔(dān)任空間軌道的調(diào)試、運行的監(jiān)控等工作。

過去幾十年內(nèi)，粒子物理與天文物理學(xué)家對初級宇宙射線中的正電子分率極感興趣，其背后的原因是：通過測量正電子與電子之比率并研究在全能譜中任何正電子過量的現(xiàn)象，對暗物質(zhì)的來源及其它物理現(xiàn)象可以有更好的了解。AMS第一結(jié)果的精確度及可用的高統(tǒng)計量，突顯了其正電子分率有別于先前其他實驗的報導(dǎo)。未來AMS在積累更多的、特別是高能量的實驗數(shù)據(jù)后，高能域的數(shù)據(jù)統(tǒng)計誤差下降，可以看到在此能域能譜是否存在截止，由此判斷“多出的”正電子此能譜到底是源于暗物質(zhì)之碰撞還是星系中的脈沖星。

其數(shù)據(jù)準確度之高表明AMS不久將結(jié)束關(guān)于暗物質(zhì)的這個重要爭論。

研發(fā)熱控系統(tǒng)，保障太空探測

作為研發(fā)AMS的一員，中山大學(xué)負責(zé)的是“硅微條軌跡探測器熱控系統(tǒng)”，簡稱“TTCS”。硅微條探測器是AMS探測器的核心探測器，它的運作要求溫度環(huán)境非常穩(wěn)定，溫度變動幅度不能超過1℃。TTCS就是為硅微條軌跡探測器提供高度穩(wěn)定和均勻的溫度環(huán)境的熱控系統(tǒng)，以確保該探測器實現(xiàn)其設(shè)計精度，并將隨整個AMS-02磁譜儀一起在國際空間站上工作10年以上，對AMS能否順利工作起到至關(guān)重要的作用。如AMS團隊一致認可的：“沒有TTCS就沒有AMS實驗?！?/p>

2004年1月，經(jīng)科技部立項、廣東省支持，中山大學(xué)參加的AMS-02國際合作研究計劃，被列為“科技部2003年國際科技合作重點項目計劃”。2004年2月，時任中山大學(xué)校長黃達人教授與丁肇中先生正式簽署AMS合作協(xié)議，中大正式成為AMS合作體成員。在《物理評論快報》發(fā)表的論文中，亦對廣東省政府的支持作了致謝。

2011年5月16日AMS發(fā)射，5月19日成功轉(zhuǎn)移到國際空間站，至今已將近兩年，這個熱控系統(tǒng)到目前為止運轉(zhuǎn)正常，系統(tǒng)的部件沒有一個需要更換備份，而制定的多個應(yīng)急預(yù)案也只用過一部分。探測器溫度曾保持在0攝氏度長達十八個月。

近日，丁肇中先生在給許寧生校長的來信中說：“AMS每天不間斷地紀錄與采集數(shù)以億計的數(shù)據(jù)信息。中山大學(xué)對AMS項目的研發(fā)和組裝有著卓越的貢獻，并一直支持AMS在軌道運行情況的監(jiān)測以保證實驗的順利進行。” “中山大學(xué)對AMS實驗的成功做出重要的貢獻?！?/p>

開發(fā)硅微條軌跡探測器熱控系統(tǒng)，中大團隊采用了機械泵驅(qū)動兩相液體回路應(yīng)用新技術(shù)，這項新技術(shù)的應(yīng)用在國際航天領(lǐng)域上是第一次。它利用機械泵驅(qū)兩相回路系統(tǒng)實現(xiàn)溫度控制。機械泵驅(qū)兩相回路系統(tǒng)以機械泵驅(qū)動，利用CO2的蒸發(fā)-冷凝的方式將負載的熱量從高溫運送到低溫的運行方式工作。這種系統(tǒng)的原理和一般狀態(tài)下的水達到一百度保持沸騰而溫度不變的原理基本一致。但現(xiàn)實的應(yīng)用并不似原理那樣簡單。由于它是世界上第一個在太空工作的機械泵驅(qū)動的兩相液體回路熱控系統(tǒng)，風(fēng)險很大，而且需求限制多，可靠性、安全性、重量、空間等等的考慮因素使選擇方案少、難度大。

中大TTCS團隊不負眾望，成功完成了此項重任。在TTCS項目上，中大完成了超過十項重要技術(shù)創(chuàng)新或新設(shè)計，發(fā)表相關(guān)論文21篇。中大在熱控系統(tǒng)上的成績，得到了國內(nèi)外同行的一致認可和肯定。2009年在代表中國空間技術(shù)最高水平的中國空間技術(shù)高峰論壇上，何振輝教授代表中大做了主旨報告，并分別在2009和2012年“兩相天地應(yīng)用國際會議”上先后做了主旨發(fā)言。TTCS代表下一代航天熱控技術(shù)，在深空探測、載人航天、大型航天器熱管理有著廣闊的應(yīng)用前景。

處理海量數(shù)據(jù)，貢獻重大成果

中國空間技術(shù)研究院的一位專家曾對何振輝教授說，要開發(fā)并使用一個新的航天技術(shù)，一般需要十年時間，但TTCS團隊在七年之內(nèi)就完成包括設(shè)計、實驗、制作等等一系列工作，在這種高效的工作背后，是巨大的壓力和整個團隊的不懈努力。中大師生刻苦奮斗、心無旁騖的科研精神，或許正是中大被邀參與AMS計劃的一個原因。

李萍副書記在采訪中特別談起中大之所以參與AMS項目的一次機緣。2003年丁肇中先生被邀請到深圳參加活動，活動前一天他到中山大學(xué)參觀，這是丁肇中先生第一次到中大。丁肇中先生參觀了光電材料與技術(shù)國家重點實驗室，對中大在做的科研工作和中大師生的認真態(tài)度產(chǎn)生了很大興趣，并與當時擔(dān)任實驗室主任的許寧生教授及團隊成員進行了深度交流。此后，丁肇中先生認為中山大學(xué)有能力承擔(dān)AMS的部分課題，并邀請中山大學(xué)參與AMS-02的研制工作。當時中大并沒有航天物理專業(yè)，但是丁肇中先生依然邀請中山大學(xué)的科研人員去考察，來自不同專業(yè)的五人團到歐洲核子中心考察，回來后建立研究團隊，許寧生教授擔(dān)任團隊負責(zé)人。

“丁肇中先生雖然是第一次來中大，參觀的時間也很短，卻決定讓中大負責(zé)AMS系統(tǒng)中的重要部分，這是因為在短暫的交流中，看到了中大師生對待學(xué)習(xí)工作的專注、耐得住寂寞的研究精神。中大得到這個機會，是偶然的，也是必然的！”李萍副書記如是說。

這種耐得住寂寞的精神，在做AMS首篇論文的數(shù)據(jù)分析過程中，也非常重要。數(shù)據(jù)分析的難度，絕不亞于系統(tǒng)研發(fā)。

丁肇中先生曾提到，由于高能物理領(lǐng)域的研究投入非常大，公布一個結(jié)果在一段時間里面一般不會有人重復(fù)，因此一個錯誤的結(jié)果所產(chǎn)生的負面效果可能比其他領(lǐng)域都大，可能會影響一個時期的科學(xué)發(fā)展方向發(fā)生錯誤。

AMS每天接受大量粒子，一個粒子穿過了探測器就屬于發(fā)生了一個事件，AMS剔除假的事件，對真事件再進行軌跡重建。18個月250億個粒子的數(shù)據(jù)大概需要1000個CPU為2.4GHz的臺式機24小時連續(xù)不斷地運行一個月才可能計算出來?？蒲腥藛T最初的工作是做出一個運算程序，借助核子中心的電子計算機集群進行運算工作。此運算程序必須把一些錯誤的剔除，數(shù)據(jù)重建后，工作人員再將這些重建好的事件進行分析。為了更為嚴謹?shù)氐贸鼋Y(jié)果，AMS團隊在分析數(shù)據(jù)的時候分為兩個獨立大組，共一百多人，而且不斷有人員替換。兩組各自對同一數(shù)據(jù)進行分析，若最后兩組得出來的結(jié)果一致，出錯的概率就較低。

翁致力博士所參與的后期分析團隊就是這樣，在一年的時間里爭分奪秒地工作，用不同的方法去分析處理這些重建好的數(shù)據(jù)，終于一次性地得出了最好的結(jié)果——兩個獨立小組的結(jié)果完全相同。AMS第一結(jié)果的順利產(chǎn)生，對確定到底來自暗物質(zhì)還是脈沖星的研究起到重要的推動作用。

在何振輝教授眼中，基礎(chǔ)研究成果出得慢，考驗著科學(xué)家的耐性與不急于功利的心態(tài)。拿AMS項目來說，做阿爾法磁譜儀花了十幾年的時間，幾乎是一個科學(xué)家半輩子的心血，而磁譜儀進入太空工作之后也不會立刻產(chǎn)生結(jié)果，這意味著參與項目的學(xué)者可能在長時間內(nèi)都沒有相關(guān)成果進行發(fā)表。何振輝教授在采訪中幾次談到，參與到后期分析工作和其他相關(guān)研究的中大學(xué)生還有很多，都做出了非常重要的貢獻。而剛好在今年博士畢業(yè)的翁致力能夠見證數(shù)據(jù)的發(fā)表是非常幸運的。當然，每一位師生都在這個項目的不同階段做出了不可或缺的貢獻。

把握合作契機，提升科研實力

通過AMS-TTCS項目，中大積極開展國際合作戰(zhàn)略伙伴關(guān)系。

AMS計劃的工作總部位于瑞士日內(nèi)瓦的歐洲核子研究中心（CERN），在這里，參加AMS計劃的科研團隊每三個月舉行一次技術(shù)交流會，解決各項技術(shù)問題、協(xié)調(diào)項目的進度。參與該項目或其他項目的中大師生齊聚這個粒子物理的研究圣地。與來自美國、法國、德國、臺灣等國家和地區(qū)的學(xué)者一起工作、討論、交流。在日內(nèi)瓦，學(xué)生們可以聽到各國專家的講座、報告會，接觸最前沿的問題和研究。在研究中心，學(xué)生在學(xué)習(xí)研究過程中遇到問題，可以較方便地找到相關(guān)專業(yè)的專家學(xué)者咨詢請教。這樣的學(xué)習(xí)環(huán)境，無疑有助于學(xué)生學(xué)術(shù)上的快速成長。

何振輝教授曾提到：“在TTCS項目的實施過程中，中美兩國航天熱控方面的頂級專家能坐在一起面對面交流討論，這在以前是從來沒有過的。”中大對項目實施了有效的管理，形成良好的合作交流機制，與美國、意大利、荷蘭等多個國家開展“無縫隙”的國際科研合作。

在參與AMS-TTCS項目的準備過程中，中大組建了一支科研攻關(guān)團隊。研究團隊的工作成果、所展現(xiàn)出科研學(xué)術(shù)水平和承擔(dān)大型科研項目的能力得到了包括丁肇中先生在內(nèi)的國內(nèi)外同行的高度贊許，可以說樹立了承接與完成高水平技術(shù)大型項目的典范。許寧生校長曾指出，在這次國際合作中，中大學(xué)習(xí)和積累了豐富的大型國際合作項目研發(fā)和管理經(jīng)驗，鍛煉和培養(yǎng)了承擔(dān)國際最高水平研究項目的整體能力。

而利用這次機會加強人才培養(yǎng)、完善學(xué)科建制，對中大更是一個極為重要的收獲。參加TTCS項目的學(xué)生來自多個學(xué)科，包括10名博士生和21名碩士生,其中6名博士和15名碩士的畢業(yè)論文是從TTCS項目中取材的；在AMS發(fā)射前，中大先后派遣3位博士生到歐洲核子中心，包括已獲得博士學(xué)位的來自物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院的06級梁志均、蘇達賢。畢業(yè)后梁志均在英國牛津大學(xué)進行博士后研究工作，蘇達賢博士受臺灣“中央研究院”李世昌院士邀請繼續(xù)在研究院進行博士后研究。AMS發(fā)射后至今，又派遣了4名學(xué)生到歐洲核子中心，其中兩名博士生參加了國家自然科學(xué)基金委與丁肇中實驗室聯(lián)合培養(yǎng)的項目。

通過參加AMS計劃這個平臺，為加強基礎(chǔ)物理人才培養(yǎng)，從2009年開始，通過中山大學(xué)“物理學(xué)國家基礎(chǔ)科學(xué)研究和教學(xué)人才培養(yǎng)基地”的資助，學(xué)校派遣本科生參加在歐洲核子中心舉行夏令營活動，參與包括AMS在內(nèi)的不同項目，體驗大科學(xué)研究。迄今，五年中已經(jīng)有23名本科生通過了嚴格篩選去到日內(nèi)瓦參加這一活動。

高端的國際合作，使中大的學(xué)生擁有了參與大型合作項目的體驗，學(xué)生們優(yōu)秀的表現(xiàn)獲得國際同行的高度認可，也為學(xué)校在高能物理領(lǐng)域擴展了知名度，并為后續(xù)的人才培養(yǎng)打下很好的基礎(chǔ)。

從2004年中大加入AMS計劃至今，已將近十年。中大師生為AMS計劃的成功做出了重要貢獻，同時也壯大了自身的人才隊伍、提高了相關(guān)科研水平，積累了參與國際合作的寶貴經(jīng)驗?？蒲兄菲D辛而孤獨，而參與實驗的中大師生，懷揣探求未知的理想，心無旁騖、刻苦鉆研，孜孜以求，這種學(xué)術(shù)精神，相信 會引領(lǐng)團隊在通向科研高峰的征程中行進更遠，攀登更高！