中大参与阿尔法磁谱仪（AMS）国际空间站第一个5年最新成果发布

AMS与宇宙线

宇宙中的辐射源（如恒星、大爆炸）产生的碳和氧的原子核，与恒星际物质发生碰撞，分裂成较轻的锂、铍和硼的原子核，到达我们地球大气层外时，既有碳、氧原子核，也有锂、铍和硼的原子核。硼与碳的流强比，提供关于宇宙线传播和传播过程中所穿越的恒星际物质的信息，可以用于对宇宙线传播模型进行限制。通常人们以快速移动气体在磁化等离子体中的扩散过程来建立宇宙线传播的模型。不同的磁化等离子体模型预言的硼-碳流强比具有不同的特征。 硼-碳流强比的测量对理解银河系宇宙线的传播机制有着重要的意义，可以有效限制宇宙线传播模型的各种参数。”

——李样 聚焦在碳、氧的流强和硼-碳流强比测量数据分析

AMS数据处理

“我在日内瓦向欧洲专家学到了世界顶尖空间探测器的设计，参与了具体的探测器校准和物理重建工作。高中物理书上说，带电粒子经过磁场会受洛伦兹力影响而偏转。其实我们也就是应用了这个探测原理，我们的工作就是从大量的数据中数有多少个粒子在探测器里向左拐，有多少向右拐。具体分析细节要复杂很多。由于探测器分辨率有上限，非常高能的粒子在磁场中几乎不偏转，这样探测就有偏差。我们课题组引入机器学习的多变量分析方法，主要是神经网络和决策树方法。我们解决了这一难题，使正电子能谱和反质子能谱顺利发表。这种分析方法现在被广泛应用于大数据分析和自动驾驶领域。”

“当时（参与宇宙射线的相关理论研究时）张老师为我讲解了宇宙线传播方程的入门知识，以及方程对于脉冲星源的解析解，还给我提供了一些有用的参考文献，使得我能够快速进入这个研究领域，此外我还向AMS合作组内的国内外科学家学习了一些知识。在撰写文章初稿的最后阶段是国外圣诞节假期，为了争取在圣诞后交稿，我还连续带病工作了一星期。后来文章顺利地发表在国际重要学术期刊EPJC，我终于体会到什么叫爱拼才会赢。”

——冯劼

“对硼和碳本底的估计，我们采用飞行数据驱动的方法来处理，这样可以减小系统误差。具体来说，在经过事例选择之后，筛选出探测器正常工作时间段内，重建质量良好的硼和碳事例。这样，对硼和碳核子保持一致和较高选择效率的同时，由较重核子碎裂导致的本底也被压低了。但尽管如此，我们仍然需要估计其中的本底成分，这包括估计（1）硼和碳的样本纯度和（2）残留的由较重核子与AMS顶部探测器作用碎裂为硼和碳的成分。我们利用AMS各个子探测器，从飞行数据中得到几乎没有本底的硼和碳样本（称之为信号模板）以及更重核子的样本（称之为本底模板），然后利用这些从飞行数据中得到的模板，来对经过正常事例选择后得到的数据样本进行拟合，以此来估计硼和碳的本底。”

——李样

“质子与反质子比例测量的结果对于我们认识宇宙射线的产生以及传播具有重要的意义，并可以作为间接寻找暗物质的手段。由于反质子的数量非常稀少，这个课题的难点在于如何高效地选出纯净的反质子。负电荷的粒子里面，主要的污染来自于电子。在特定的能量区域，反质子不会产生切伦科夫辐射，而电子会产生切伦科夫辐射，基于此原理，我提出利用切伦科夫效应选出纯净的反质子的实验方法，并取得了显著的效果，顺利完成了宇宙射线反质子与质子比例的测量工作。”

——李紫源

“我设计了一种方法，将探测器分成上下两个部分，并对比上下两部分测量的数据，筛选出上半部分的信号正好是下半部分的两倍的粒子，这些粒子说明了粒子在穿过探测器的时候有一部分被吸收了。结果发现这一类粒子集中地分布在探测器的某些区域，由此成功地找出了之前在AMS探测器中一直被忽略的一些细小的支架，从而改进了计算机模拟程序，使得实验结果更加精确。AMS是一个放在国际空间站上的粒子探测器，它的数据采集环境得天独厚，因此我们有必要尽可能地利用采集到的数据，在里面尽量多地挖掘有用的信息。AMS有多个子探测器，每个子探测器都有其独特的功能。如最上方的辐射探测器，在电子穿过时会发出辉光，而质量大的粒子只有在能量极高时才发出辉光。最下面的电子量能器，电子穿过时会被其完全吸收，而质量大的粒子则只会被部分吸收。因此综合这两个探测器的信息我们可以在射入AMS探测器的众多粒子中分辨出电子来。为了使这两个探测器发挥更大的作用，我分析了大量的数据，从电子量能器中筛选出那些不能被完全吸收的粒子，然后建立了这些粒子在辐射探测器里发出的光的亮度和它的能量的函数关系，从而使得综合这两个子探测器不仅能分辨出电子，更能测量大质量粒子的能量，更有效地利用了AMS探测器的数据。”

——卢森泉 在AMS合作组指导下本科毕业论文