图1 探测宇宙奇异物质(即暗物质及反物质)的阿尔法磁谱仪（AMS），（a）安装在国际空间站上的AMS，尺寸约4m×3m×2m,重约7吨，能够记录能量高达2000 MeV的粒子。（b）AMS内部束流构造（图片来自百度百科）,磁场使捕捉的正电粒子与负电粒子运行方向相反，并通过探测器记录的运行轨迹和运行方向识别反粒子的存在。
肩负探测宇宙中的奇异物质(即暗物质及反物质)的阿尔法磁谱仪（Alpha MagneticSpectrometer, AMS）就有望从超导理论中受益。AMS若采用超导磁铁，可以产生更强的磁场，从而大大提高在太空中长时间采集数据的能力。近年来中科院电工所研制成功了磁体系统。该磁体具有对高能粒子吸收作用小的特点，实现磁体与地磁无相互作用的力矩，极大降低对空间飞行器的影响，解决了几十年来不能将较强磁场磁体送入外层空间运行的世界技术难题。然而由于目前超导磁体仍需要液氦冷却，而太空中无法补充液氦，这样磁谱仪寿命只有3年。而使用永磁体的磁谱仪的使用寿命长达18年至20年，所以目前AMS-02仍然沿用永磁体。一旦常温超导技术出现突破，包括AMS磁体在内的各行制造业将会迎来又一次的大工业革命浪潮。
AMS探索采用超导磁体的事例，不仅展现了太空探测器对基础物理研究的依赖，也给肩负基础物理研究的莘莘学子心目中埋下了生根发芽的种子。通过向同学们介绍中国科研团队参与国际重大科研任务的完成情况，使其增强了民族自豪感，同时也揭开国际重大科研任务合作的神秘面纱。
AMS中的环形切伦科夫探测器(RICH, Ring-imaging Cherenkov detector)位于其下端, 包含10880个光敏器和21760个信号脉冲（图1）。通过测量带电粒子的速度来区分宇宙射线中的同位素；随后依靠电子能量计算射线轰击产生的光电子量，确定粒子能量。
由于带电粒子在介质中的传播速度超过介质中的光速而产生沿粒子运动方向的锥形光子辐射，称为切仑科夫效应（Cherenkov effect）。此效应是前苏联物理学家切仑科夫于1953年首次发现而得名。基于切伦科夫效应原理而设计的切伦科夫探测器，在高能物理中用以侦察带电粒子并测量它们的速度。1955年反质子的发现就是靠这种仪器的帮助。
由欧洲核子中心(CERN)开发的Geant4（GEometry ANd Tracking）是一种大型粒子输运程序，集成了最完整先进的物理模型，其中的光学物理模型包括Cerenkov 效应、scintillation photons、Rayleigh interactions、absorptioninteractions、Mie interactions，以及boundary interactions（反射与折射等）。图2 给出了我们基于Geant4光学物理模型计算的不同能量带电粒子（电子、正电子、alpha粒子、proton、deuteron、C12 离子），辐射锗酸铋（BGO，Bi4Ge3O12）晶体产生的切仑科夫光子与闪烁体光子数目。BGO是一种在高能粒子或高能射线（x-射线、γ-射线）激发下能发出峰值为480nm波长的绿色荧光的闪烁晶体材料。根据波长与能量的关系，可计算得到此峰值对应2.59 eV能量。从图2（a-b）可见，各种粒子的Cerenkov和scintillation 光子的产量均随着能量的增加而几乎线性增大，总体上粒子质量越重，增加越慢，其中e-和e+的产量增大最显著。但产量基本不受所带电荷的影响，e-和e+的产量十分接近，因此对其的区分只能靠磁场的偏转方向不同。此外，虽然各种粒子种类、能量不同，但产生的Cerenkov光子和scintillation 光子的能量几乎一致，分别为 5.1eV 和5.4 eV，可见两者是探测器闪烁体材料所决定。根据e-/e+ 对湮灭释放出两个光子，似乎这里面统计的平均光子能量正是BGO材料激发产生的峰值波长光子的2倍。
图2（c）给出了e-/e+闪烁光子产生的时间谱，其中峰值均出在7.25 ns，平均值在~48ns。可见闪烁光子产生的时间特征跟闪烁体材料有很大关系,而与入射粒子种类（其他粒子曲线类似没有给出）、能量关系不大。
图2 不同能量带电粒子（电子、正电子、alpha粒子、proton、deuteron、C12 离子），辐射锗酸铋（BGO，Bi4Ge3O12）晶体产生的切仑科夫光子数目（a）、闪烁体光子数目（b）及时间通量（c）。
