第五个实验，就是现在正在做的，国际空间站上的阿尔法磁谱仪实验，做了快20年了，从1994年开始，将到2024以后。国际空间站是晚上除了月亮和金星以外最亮的“星”，长109米，宽80米，重490吨，造价大概是1011美金。这是20世纪、21世纪人类最大的工程。这个实验（阿尔法磁谱仪实验）是国际空间站上最大的实验，也是首次由美国、中国（台湾）、俄罗斯、芬兰、法国、德国、意大利、瑞士等16 个国家和地区在空间中的合作。中国参加的单位有航天部一院、航天部五院、山东大学、中科院电工所、中科院高能所、东南大学、中山大学、台湾的中山科学院、“中央研究院”、“中央大学”和成功大学。中国最大的贡献有两个。第一个是山东大学的热控制系统；还有一个是中国科学院航天部一院和美国麻省理工学院所做的磁铁。为什么这个磁铁重要呢？因为大家都知道，指南针一头向北一头向南，假使把一个大磁铁放到天上，一头向北一头向南，就没办法控制航天飞机了。这也是多少年来没有人能把磁铁放在天上的主要原因。后来这个被电工所、高能所、麻省理工学院、航天部一院用很简单的办法解决了。这个简单的办法花了四十年时间才完成。1998年，刊登在《科技日报》上的世界十大科学新闻中，第五条（就是）阿尔法磁谱仪：“（1998年）6月2日，装有中国制造的巨大永磁铁的阿尔法磁谱仪，首次搭乘美国发现号航天飞机升空”。这是人类第一次把很大很大的磁铁放到天上。航天飞机没有一点问题，证明我们的设计是对的。

这个实验有很多的国家参与，用的经费很多。但是，我做实验只考虑精确度安全度，不考虑钱。所以很多人有不同的意见。2003年2月1号，航天飞机“哥伦比亚”号爆炸，布什总统和美国政府认为航天飞机太过危险，应该取消，也因此把空间站上所有实验都取消了。所有人都服从美国政府的命令，唯一有不同意见的就是我。我说：你做这个决定是错误的，因为做空间站的目的是要做科学实验。把空间站做好却没有科学实验，就没有什么意义了。美国的参议院同意我的说法，所以在2008年全体通过了一条法律：HR6063，要求美国政府专门为我们增加一班航天飞机，把我们的仪器送到空间站上。在美国，用国会命令政府做一个科学小实验，这应该还是第一次。在2008年奥巴马竞选总统的发言上也说，支持增加一班航天飞机把我们的仪器送到国际空间站。当时美国的媒体大多数都有些说法，说政府的决定是错误的。

这是首次在太空中运行的大型天体物理实验。所有的探测器都是我们发展的新技术。AMS（阿尔法磁谱仪）仪器上有穿越辐射探测器、飞行时间计数器、硅微条探测器和电磁能量探测器，有一层是中国航天部所做的磁铁。还有环形切伦科夫计数器，通常用在加速器上，非常精密，要完好地把它送到天上。送到天上的第一个困难，是起飞的时候震荡非常非常大；第二，在天上，白天和晚上的温差非常非常大，所以一定要控制温度。第三，更重要的事情是，到了天上以后，就不知道有没有坏，不能停下来派一个学生上去维修。这是不可能的。

这个实验第一次可以精确测量电荷（量）、能量、动量，或者刚度。刚度等于动量除以电荷（量），电荷就是（元素在）周期表上的位置。国际空间站每93分钟绕地球一周，地球每年绕太阳一周，所以国际空间站随时随地温度变化是很大的。因而热控制系统就是保证AMS运行的最重要设计，这个设计由山东大学的程林教授、崔峥教授等所主持，并由美国航天局，欧洲航天局，还有我所在的麻省理工学院协助。航天器绕地球运转，信号传到美国休斯敦，再由休斯敦传到欧洲核子中心。转一圈93分钟，相当于45分钟左右的白天，45分钟左右的夜晚。AMS仪器所受到的热量包括太阳热量、大气反射的热量、地球反射的热量，白天晚上，即每45分钟，温度变化是30度。山东大学热控制系统是我们这个实验最重要的仪器，它要长期在外太空工作，现在已经7年了，要工作10年以上，保持温度的稳定性在3度。

山东大学在AMS热控制系统中具体负责：

–  设计主散热板；

–  热控制系统、飞行件和验证件的设计、分析、加工、集成和测试；

–  在欧洲宇航局进行AMS的热真空测试；

–  负责AMS热控制系统运行；

–  记录和监控AMS在国际空间站上的运行情况；

–  在山东大学持续进行AMS的热学分析；

这些长期的独有的知识和经验对中国载人航天是很重要的，是唯一的，别人没有的。

有16位老师做出了主要贡献。最主要的贡献者有程林、崔峥和孙锲，今天大概都到了场。另有33名学生参加了实验。所有的仪器通常做两个：一个在地面做测试，另一个是飞行件。

这个技术为什么重要：除了做我们的实验以外，将来走向太空，第一步在月球上建立基地，第二步是火星探测。在火星上，白天和晚上的温度差100度，同时来回需要三年。如果不能控制温度的话，去不成，也不可能回来。100年以前，从山东到美国，坐船的话要两个月，现在只有十几天。所以再过一百年，我猜想，到月球或者到星际，可能是件比较容易的事情。人只要有好奇心，是永远不会停止向前的。但向前所需要的，重要的，制作热控制系统的经验，只有在山东大学才有。

飞行件，5米×4米×3米，重7.5吨。美国宇航局的人跟我说，上天的重量，是应该按黄金来计算的，那就等于用了7.5吨的黄金。5月16号起飞，之后传来的照片上有两个宇航员出舱。宇航员出舱是非常危险的，所以通常一定有两个人。他们出舱与我们没有关系，是维修空间站。我非常不希望他们碰我们任何的东西。

热控制系统的运行：从AMS到空间站起，山东大学负责热控制系统的运行，并在山东大学进行在轨数据分析。根据现在美国的法令，美国的知识是不能传给中国的。于是我就说，这个仪器不是美国宇航局的，是我们的仪器。他们说法令就是法令。最后商量的结果是麻省理工学院派3位科学家做翻译，把山东大学热控制系统所发出的指令传达到宇航局航天中心。

实验的第一个目标是寻找宇宙中暗物质的来源。宇宙中大约有90%的物质是看不见的，所以称作暗物质。怎样寻找暗物质？第一个关键字：它是看不见的。暗物质用χ来表示，碰撞的时候变成能量，能量变成质量，变成正电子和反质子，可以被AMS探测到。与此同时，普通的宇宙线碰撞以后也可以产生正电子和反质子，被AMS接受。所以如果暗物质湮灭产生多余的正电子和反质子，可以被AMS精确测量。在AMS实验以前，全球也有很多做电子、正电子精密测量的实验，但数据的误差非常大，根本分辨不出来是怎么回事。这是因为测量正电子和电子非常困难。AMS测量正电子和电子的最新结果是正电子和电子的流强不同，它们随能量的变化也不同。这就非常奇怪，可以想一想为什么：因为宇宙是中性的。

数据很多，2810万个电子，190万个正电子。（正电子）它的特性，不需要任何理论就能看出来。在能量很低的时候，数据与宇宙线碰撞模型的计算是符合的；在能量为80亿电子伏以上，正电子能谱是平的；300亿电子伏特以后，正电子能谱再次上升；到了3000亿电子伏特时，达到最高值；之后正电子能谱快速地下降。很难解释。所有物理现象都应该是一个很均匀的分布，是很自然的，但正电子是不一样的。但正电子能谱与质量为1万2千亿电子伏特的暗物质模型是完全符合的。

但这个实验到现在为止误差还是很大，大概还要做十年的时间才能把高能部分搞出来，因为高能部分数据非常非常少。所以虽然现在的结果与暗物质是符合的，但并不能证明暗物质存在。

第二个目标：精确测量宇宙线。我们有7个探测器，对宇宙线的各种原子核进行精确的测量。宇宙线有2种：初级宇宙线和次级宇宙线。初级宇宙线就是很原始的宇宙线，比方说质子，氦，碳，氧……产生以后，在宇宙中飞行几百万年，被AMS探测到。初级宇宙线从他们的起源一直传播到AMS。所以，初级宇宙线携带了关于他们起源和传播的信息。

在AMS之前，过去一百年来全球测量质子流强的实验最好的结果仍具有很大的误差，相互之间不一致。这限制了对宇宙线的认识。有很多不一样的结果，就意味着任何理论都可以符合。AMS采集了3亿个结果，（在2000亿电子伏钱）符合理论结果，但到2000亿电子伏之后就不一样了，有新的现象存在。实验的结果和理论预测不一样，推翻了几十年来的传统理论。