挑战现有理论，国际太空站AMS-02观测230兆个宇宙射线事件揭开粒子奥秘
数百万年前，远方星系的一颗恒星发生剧烈的超新星爆炸，将碳、氮、氧等组成生命的元素散布到宇宙中。这些粒子成为宇宙射线在宇宙中跋涉数百万年后，如今正不断撞击地球大气。近日，搭载于国际太空站上的“阿尔法磁谱仪”（AMS-02）发表于《物理评论快报》的研究，为我们揭开了这些粒子的奥秘。
AMS-02自2011年启用以来，已累积收集超过230兆个宇宙射线事件。这些粒子包括氢、氦等常见元素，也包含磷、氯、钾、氩及钙等较罕见的元素。科学家通过测量粒子的“刚性”（rigidity）──一项反映宇宙射线粒子如何产生、加速及传播的关键物理性质，试图理解为何这些粒子在爆炸初始动能散去后，仍能以接近光速的速度移动。
研究团队深入分析了周期表上介于氦与铁之间的20种元素，惊人地发现这些宇宙射线并非随机分布，而是可以归纳为四个独特的类别：两种“主要宇宙射线”（源自深空未受破坏的原始射线）及两种“次要宇宙射线”（在旅途中与星际气体碰撞产生的混合粒子）。有趣的是，粒子中质子数的奇偶性（奇数或偶数）与其演化路径密切相关，显示恒星内部的元素合成机制深刻影响了它们在太空中的行为。
这项研究最重大的发现，在于AMS-02极高的数据精确度直接挑战了现行的宇宙射线模型。目前科学家尚无法完全解释这些观测结果，这意味著现有理论可能遗漏了某些关键物理机制。
除了揭开恒星演化史，研究宇宙射线对于未来太空探索至关重要。随著人类载人任务向月球及深空推进，理解这些高能粒子对太空人及卫星电子设备的影响已成为当务之急。此外，科学家也希望通过这些数据寻找“暗物质”的蛛丝马迹──若暗物质粒子在宇宙中湮灭，应会留下过量的正子（反电子），并反映在这些宇宙射线数据中。
尽管超新星爆发仅持续数日，但它们留下的痕迹却成了跨越亿万年的实验室。AMS-02运行超过13年的成果，再次提醒我们，宇宙中这些微小的粒子，正不断改写我们对基础物理与宇宙演化的理解。