浩瀚宇宙中，磷、氯、氩、钾、钙从何而来？

它们是地球上的“老住户”——人体里的磷和钾、食盐里的氯、氩弧焊用的氩气、骨骼生长需要的钙。但在茫茫宇宙，这些元素的原子核却稀少得像太平洋里的一根绣花针。

过去，人类对它们在宇宙中的“身世”知之甚少。直到不久前，国际空间站阿尔法磁谱仪（AMS）实验发布了一项最新成果：由诺贝尔物理学奖得主丁肇中教授领衔、山东高等技术研究院团队作出主要贡献的科研项目，首次以前所未有的精度测量了这五种宇宙线原子核的能谱。论文近期发表在物理学顶级期刊《物理评论快报》上。更引人注目的是，作出主要贡献的是一支平均年龄不到35岁的山东团队。

一道25万分之一的筛选难题

磷、氯、氩、钾、钙在宇宙线中稀少，精确测量难度极大。

过去的6年时间里，山东高等技术研究院研究员许伟伟和他的同事们专注一件事：从AMS实验收集的2500亿个宇宙线数据中，精确筛选出100万个磷、氯、氩、钾、钙原子核。

这个比例，是25万分之一。许伟伟说，每一条都得分析，每一个目标原子核都得从里面“捞”。

但难度不仅在于数量庞大。

宇宙射线是源自太阳系外的高能粒子，在宇宙中高速穿梭，持续轰击地球。其中多数是质子这类简单粒子，少数为重原子核，诞生于恒星演化与超新星爆发时期。宇宙线中的重原子核在穿越银河系时，会像子弹穿过墙壁一样发生碎裂。一个铁原子核可能碎成氯，也可能碎成氩或钾。捕捉到一个信号，怎么知道它是“原装”的还是“撞碎”的？

为了回答这个问题，研究团队反复测量碎裂概率，反复评估背景噪声。2500亿条数据，一条也没放过。

分析表明，磷、氯、氩、钾、钙的粒子流包含两类成分：宇宙射线源头直接产生的原生射线，以及粒子在宇宙空间传播过程中生成的次生射线。

在分析宇宙线源的元素丰度时，团队还捕捉到一条有趣的规律：偶数原子核氩和钙，“原装”的比例显著高于奇数原子核磷、氯、钾。这一发现，如同在纷繁杂乱的脚印中，分清了哪些是鬣狗留下的，哪些是狼留下的。

这个发现意味着什么？

此次高精度测量成果，为人类探索宇宙起源筑牢了核心数据根基。“整个宇宙始于一场大爆炸，最初只产生了氢和少量氦。之后所有的重元素，都是在恒星内部的核聚变中锻造出来的。我们测量得到的元素丰度，就是不同元素的相对含量，是宇宙元素起源研究中最基础的数据。无论未来建立什么样的模型，都必须能够解释我们观测到的这些丰度。”许伟伟解释。

平均年龄不到35岁的“主力军”

在AMS汇聚全球48个科研机构、约260名研究人员的国际合作中，山东高等技术研究院扮演了关键角色。

研究院以粒子物理、热科学与工程、空间探测技术为主要研究方向，研究院AMS全球数据中心，存储了国际空间站阿尔法磁谱仪2011年进入太空以来所收集的全部数据，是目前世界上宇宙线数据最为丰富的国际公共科学数据库。全球AMS仿真工作大部分在此完成。

而这支山东团队，是整个AMS国际合作组中最年轻的队伍，平均年龄不到35岁。

这些年，研究院引进储备各类青年人才100余名，主要来自麻省理工学院、加州理工学院、清华大学等国际知名高校和学术机构。其中，35岁以下青年学者比例达到83%。

体制机制创新带来的是一串沉甸甸的成果：累计在国际期刊发表高水平论文500余篇；辐射散热技术实现新的突破；低温制冷、低温测量达到国际先进水平；中标国际热核聚变实验堆（ITER）全球竞标项目，传热测量技术跻身国际先进行列……

不断揭秘宇宙元素的起源

深空探秘仍在继续。

目前，探测器升级已正式提上日程。全新升级的硅微条探测器共72个，总面积接近8平方米。升级后，设备一年的数据采集量将等同于过往三年，观测效率与精度将实现跨越式提升。

许伟伟说，接下来团队要去追更稀有的元素——钪、钛、钒、铬、锰等元素，验证它们是否同样落在两类初级、两类次级的框架内，持续拓宽人类对宇宙元素起源的认知边界。“我们会离宇宙元素的起源越来越近。”他说。

“我们希望培育一支全方位的科研人才队伍，不仅深耕数据分析，更补齐探测器建造、设备运行、实验设计等领域的人才短板，搭建完整科研体系。”许伟伟说，团队要逐步成长为国际前沿科研项目的发起者、组织者，在宇宙探索领域发出更多中国青年声音。

从1994年丁肇中教授提出AMS构想，到2026年这五种元素能谱首次精确公布，这场跨越32年的深空探索步履不停。如今，新的数据仍从国际空间站不断传回，落进山东高等技术研究院的实验室里。每一次元素“身世”的破译，人类对宇宙起源的认知，就往前推进一步。

（大众新闻记者 刘笑笑 戴岳 吕乐）

本文来源：大众新闻·大众日报