山東科研團隊解開五種宇宙元素身世之謎
2026-06-18 12:09:47來源: 大眾日報編輯: 李煒責編: 李煒

  原標題:宇宙元素起源有了里程碑式發現 山東科研團隊解開五種宇宙元素身世之謎

  宇宙中的磷、氯、氬、鉀、鈣從何而來?一支平均年齡不到35歲的山東科研團隊,找到了答案。

  北京時間6月17日晚,由諾貝爾物理學獎得主丁肇中教授主持、山東高等技術研究院核心參與的國際空間站阿爾法磁譜儀(AMS)實驗項目,公佈最新成果。研究團隊以前所未有的精度測量了上述五種宇宙線原子核的能譜,首次將能量範圍擴展至萬億電子伏,並總結出一條新規律:目前已測的20種原子核能譜,均可歸為兩類初級成分和兩類次級成分。這是探索宇宙元素起源的里程碑式發現。

  難度有多大?AMS自2011年升空以來,累計記錄超過2500億個宇宙線數據。山東高等技術研究院研究員許偉偉和同事們歷時近6年,從中精確篩選出100萬個目標原子核樣本。

  更難的是分辨。宇宙線中的重原子核穿過AMS探測器時,會與探測器週邊覆蓋的薄層材料碰撞,像子彈穿過墻壁一樣發生碎裂——一個鐵原子核可能碎成氯,也可能碎成氬。探測器捕捉到一個信號,如何判斷它是“原裝”還是“撞碎”的?團隊反復測量碎裂概率、評估背景噪聲,最終攻克了這一難題。這是迄今能量範圍最廣、精度最高的相關觀測結果。

  此次成果揭示兩大關鍵宇宙規律。其一,這五種元素均包含“初級”與“次級”兩種成分。初級來自恒星爆炸等天體源,次級是更重原子核碎裂産生;偶數原子核氬和鈣的初級成分佔比,顯著高於奇數原子核磷、氯、鉀。其二,AMS團隊測過的20種原子核能譜,全部可歸為兩類初級成分和兩類次級成分。

  這項發現對於探索宇宙元素起源意味著什麼?許偉偉介紹,宇宙始於大爆炸,最初只産生氫和少量氦,之後所有比鐵輕的元素都在恒星內部核聚變中産生。此次測得的元素豐度和能譜,是任何宇宙元素起源理論模型都必須符合的基礎數據。

  在AMS匯聚全球48個科研機構、約260名研究人員的國際合作中,位於濟南的山東高等技術研究院扮演了關鍵角色——建成世界規模最大的宇宙線公共科學數據庫,全球AMS倣真工作大部分在此完成。承擔核心分析工作的許偉偉、王兆民、張金等,是AMS合作組中的年輕科研力量。

  接下來,AMS探測器將迎來重大升級。升級後,一年的高能宇宙線數據採集量將等同此前三年。AMS將繼續測量鈧、鈦、釩、鉻、錳等元素,拓展人類對宇宙元素起源的認知邊界。

  從1994年丁肇中首次提出AMS構想,到今天五種元素能譜首次精確公佈,這場跨越32年的追問仍在繼續。一群平均年齡不到35歲的中國年輕人,正在為人類讀懂宇宙的“元素之書”寫下關鍵篇章。(大眾日報記者 戴岳 劉笑笑 呂樂)

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