浩瀚宇宙中，磷、氯、氬、鉀、鈣從何而來？
它們是地球上的“老住戶”——人體里的磷和鉀、食鹽里的氯、氬弧焊用的氬氣、骨骼生長需要的鈣。但在茫茫宇宙，這些元素的原子核卻稀少得像太平洋里的一根繡花針。
過去，人類對它們在宇宙中的“身世”知之甚少。直到不久前，國際空間站阿爾法磁譜儀（AMS）實驗發(fā)布了一項最新成果：由諾貝爾物理學獎得主丁肇中教授領(lǐng)銜、山東高等技術(shù)研究院團隊作出主要貢獻的科研項目，首次以前所未有的精度測量了這五種宇宙線原子核的能譜。論文近期發(fā)表在物理學頂級期刊《物理評論快報》上。更引人注目的是，作出主要貢獻的是一支平均年齡不到35歲的山東團隊。
一道25萬分之一的篩選難題
磷、氯、氬、鉀、鈣在宇宙線中稀少，精確測量難度極大。
過去的6年時間里，山東高等技術(shù)研究院研究員許偉偉和他的同事們專注一件事：從AMS實驗收集的2500億個宇宙線數(shù)據(jù)中，精確篩選出100萬個磷、氯、氬、鉀、鈣原子核。
這個比例，是25萬分之一。許偉偉說，每一條都得分析，每一個目標原子核都得從里面“撈”。
但難度不僅在于數(shù)量龐大。
宇宙射線是源自太陽系外的高能粒子，在宇宙中高速穿梭，持續(xù)轟擊地球。其中多數(shù)是質(zhì)子這類簡單粒子，少數(shù)為重原子核，誕生于恒星演化與超新星爆發(fā)時期。宇宙線中的重原子核在穿越銀河系時，會像子彈穿過墻壁一樣發(fā)生碎裂。一個鐵原子核可能碎成氯，也可能碎成氬或鉀。捕捉到一個信號，怎么知道它是“原裝”的還是“撞碎”的？
為了回答這個問題，研究團隊反復測量碎裂概率，反復評估背景噪聲。2500億條數(shù)據(jù)，一條也沒放過。
分析表明，磷、氯、氬、鉀、鈣的粒子流包含兩類成分：宇宙射線源頭直接產(chǎn)生的原生射線，以及粒子在宇宙空間傳播過程中生成的次生射線。
在分析宇宙線源的元素豐度時，團隊還捕捉到一條有趣的規(guī)律：偶數(shù)原子核氬和鈣，“原裝”的比例顯著高于奇數(shù)原子核磷、氯、鉀。這一發(fā)現(xiàn)，如同在紛繁雜亂的腳印中，分清了哪些是鬣狗留下的，哪些是狼留下的。
這個發(fā)現(xiàn)意味著什么？
此次高精度測量成果，為人類探索宇宙起源筑牢了核心數(shù)據(jù)根基。“整個宇宙始于一場大爆炸，最初只產(chǎn)生了氫和少量氦。之后所有的重元素，都是在恒星內(nèi)部的核聚變中鍛造出來的。我們測量得到的元素豐度，就是不同元素的相對含量，是宇宙元素起源研究中最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。無論未來建立什么樣的模型，都必須能夠解釋我們觀測到的這些豐度。”許偉偉解釋。
平均年齡不到35歲的“主力軍”
在AMS匯聚全球48個科研機構(gòu)、約260名研究人員的國際合作中，山東高等技術(shù)研究院扮演了關(guān)鍵角色。
研究院以粒子物理、熱科學與工程、空間探測技術(shù)為主要研究方向，研究院AMS全球數(shù)據(jù)中心，存儲了國際空間站阿爾法磁譜儀2011年進入太空以來所收集的全部數(shù)據(jù)，是目前世界上宇宙線數(shù)據(jù)最為豐富的國際公共科學數(shù)據(jù)庫。全球AMS仿真工作大部分在此完成。
而這支山東團隊，是整個AMS國際合作組中最年輕的隊伍，平均年齡不到35歲。
這些年，研究院引進儲備各類青年人才100余名，主要來自麻省理工學院、加州理工學院、清華大學等國際知名高校和學術(shù)機構(gòu)。其中，35歲以下青年學者比例達到83%。
體制機制創(chuàng)新帶來的是一串沉甸甸的成果：累計在國際期刊發(fā)表高水平論文500余篇；輻射散熱技術(shù)實現(xiàn)新的突破；低溫制冷、低溫測量達到國際先進水平；中標國際熱核聚變實驗堆（ITER）全球競標項目，傳熱測量技術(shù)躋身國際先進行列……
不斷揭秘宇宙元素的起源
深空探秘仍在繼續(xù)。
目前，探測器升級已正式提上日程。全新升級的硅微條探測器共72個，總面積接近8平方米。升級后，設備一年的數(shù)據(jù)采集量將等同于過往三年，觀測效率與精度將實現(xiàn)跨越式提升。
許偉偉說，接下來團隊要去追更稀有的元素——鈧、鈦、釩、鉻、錳等元素，驗證它們是否同樣落在兩類初級、兩類次級的框架內(nèi)，持續(xù)拓寬人類對宇宙元素起源的認知邊界。“我們會離宇宙元素的起源越來越近。”他說。
“我們希望培育一支全方位的科研人才隊伍，不僅深耕數(shù)據(jù)分析，更補齊探測器建造、設備運行、實驗設計等領(lǐng)域的人才短板，搭建完整科研體系。”許偉偉說，團隊要逐步成長為國際前沿科研項目的發(fā)起者、組織者，在宇宙探索領(lǐng)域發(fā)出更多中國青年聲音。
從1994年丁肇中教授提出AMS構(gòu)想，到2026年這五種元素能譜首次精確公布，這場跨越32年的深空探索步履不停。如今，新的數(shù)據(jù)仍從國際空間站不斷傳回，落進山東高等技術(shù)研究院的實驗室里。每一次元素“身世”的破譯，人類對宇宙起源的認知，就往前推進一步。
（大眾新聞記者 劉笑笑 戴岳 呂樂）