丁肇中：尋找暗物質(zhì)

李斐然

18年來第一份答卷

2013年4月3日，英國廣播公司（BBC）的主播在新聞中突然插播：“最新消息，科學(xué)家似乎發(fā)現(xiàn)了暗物質(zhì)？”

就在這天，美籍華裔物理學(xué)家丁肇中在歐洲核子研究中心（CERN）公開發(fā)布研究成果?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)了40萬個正電子?！倍≌刂新朴频卣f，他列舉了可以支撐它們來源于暗物質(zhì)的理由，又一字一頓地補(bǔ)充說，“可是沒有完全的證據(jù)?！?/p>

丁肇中從1994年開始尋找暗物質(zhì)，到現(xiàn)在已經(jīng)做了18年，而這還是他第一次公開發(fā)布結(jié)果。要知道，這位從不輕易發(fā)表研究成果的科學(xué)家上一次公布的研究成果，獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。

新聞發(fā)布會上，這位77歲的物理學(xué)家不慌不忙地回答來自世界各地記者們的問題，而在他背后的實驗室里，其他工作人員一如既往地守在電腦前，繼續(xù)處理那些還未完成的數(shù)據(jù)。

究竟什么是暗物質(zhì)

并不是每個人都能立刻明白丁肇中的實驗。英國媒體第二天發(fā)表的文章開頭說：“你覺得‘上帝粒子’晦澀難懂是嗎？那試試暗物質(zhì)吧！”

從1994年著手尋找暗物質(zhì)的實驗起，丁肇中就一遍又一遍地解釋“暗物質(zhì)”這個詞的意思——暗物質(zhì)是指目前在宇宙中人類看不見的物質(zhì)。在宇宙中，暗物質(zhì)占據(jù)了大約27%的份額，而我們通常所能觀測到的普通物質(zhì)只占宇宙質(zhì)量的5%。

“我們對宇宙的了解非常非常少，而宇宙大得很難想象，所以我們目的是將整個宇宙找一遍，一直找到接近宇宙邊緣的地方，看看有沒有我們所未知的物質(zhì)?！倍≌刂袑γ襟w說。

老偵探在尋找證據(jù)

丁肇中做了18年的實驗，建造了重達(dá)7.5噸的阿爾法磁譜儀，邀請了來自16個國家和地區(qū)、54個研究機(jī)構(gòu)的近600名研究人員參與其中。他計劃，在未來20年內(nèi)，在距離地球近400公里的國際空間站上，阿爾法磁譜儀將收集到3000億個數(shù)據(jù)。

究竟有沒有暗物質(zhì)？人們期待著丁肇中團(tuán)隊的答案。在丁肇中的帶領(lǐng)下，這個團(tuán)隊凡事都能說出個準(zhǔn)數(shù)來。作為丁肇中團(tuán)隊的一部分，山東大學(xué)能源與動力工程學(xué)院教授程林所帶領(lǐng)的團(tuán)隊負(fù)責(zé)阿爾法磁譜儀（AMS）的熱控制系統(tǒng)。程林能細(xì)數(shù)他所負(fù)責(zé)的熱系統(tǒng)里面的32426個零件，而丁肇中就連日常生活也都記錄在精確的數(shù)字里——從辦公室回家的車程在15-17分鐘之間，他家門口有兩排松樹，一共67棵……

2013年4月3日，在日內(nèi)瓦的實驗室里，丁肇中第一次向全世界公布了阿爾法磁譜儀項目的實驗數(shù)據(jù)結(jié)果——阿爾法磁譜儀在太空實際運(yùn)轉(zhuǎn)中探測到40萬個正電子；比例上升是平衡的，沒有出現(xiàn)峰值；正電子來源沒有特定方向?！斑@些都支持正電子來源于暗物質(zhì)，可是沒有完全的證據(jù)?！彼f。

這個結(jié)果讓守著新聞苦等的物理學(xué)家們一時語塞，美國加州理工學(xué)院物理學(xué)家西恩·卡羅爾干脆稱這個結(jié)果是“叫人干著急的證據(jù)”。也有科學(xué)家說“只是有可能尋找到暗物質(zhì)”。對此，中科院高能物理所研究員陳國明解釋說，現(xiàn)在科學(xué)家們還不能夠確定新發(fā)現(xiàn)的正電子來源肯定是暗物質(zhì)，因為有一些脈沖星也有可能為地球帶來正電子?！斑@就需要粒子物理學(xué)家、特別是理論物理學(xué)家研究并正確說明這些正電子的來源。”

“我只能這么說，我的責(zé)任是打開一個門，用精密的儀器去測量，我最主要的是要保證一切是正確的，不要出錯。”丁肇中說。此前包括美國費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡等項目都曾觀察到過正電子現(xiàn)象，但數(shù)據(jù)誤差很大，而阿爾法磁譜儀的誤差只有1%，“相當(dāng)于肉眼和精密顯微鏡的區(qū)別”。

“一個快80歲的老偵探尋找證據(jù)，這就是丁肇中的故事，我們快要聽到這個故事的大結(jié)局了?！泵绹ゼ痈绱髮W(xué)物理學(xué)家邁克爾·特納是暗物質(zhì)理論研究領(lǐng)域的泰斗，他對媒體說，“雖然現(xiàn)在偵探手里是個讓人著急的線索，但是接下來更多的答案，將幫我們寫完這個偵探故事?！?/p>

在日內(nèi)瓦，丁肇中也對記者說，阿爾法磁譜儀目前運(yùn)轉(zhuǎn)良好，所以，“在接下來的幾個月里，它提供的數(shù)據(jù)將告訴我們，這些正電子究竟是暗物質(zhì)存在的證據(jù)，還是有其他來源”。

耐心是一種美德

歐洲核子研究中心的發(fā)布會之后，丁肇中通過視頻連線，參加了在美國國家航空航天局（NASA）的一場發(fā)布會。一位白發(fā)蒼蒼的NASA負(fù)責(zé)人笑著說：“實驗做了18年，現(xiàn)在第一次公布報告，我只能說，它教會我們，耐心是一種美德?！?/p>

從1995年開始，丁肇中正式開展阿爾法磁譜儀項目實驗。那時候，他早已在物理學(xué)界提出顛覆性的發(fā)現(xiàn)了。1974年，他在實驗中發(fā)現(xiàn)了J粒子。此前，科學(xué)家們相信宇宙是由3種最基本粒子構(gòu)成的，可丁肇中的發(fā)現(xiàn)提出了第4種可能。他本可以當(dāng)時就公布結(jié)果，但丁肇中堅持反復(fù)核查每一步實驗，直到兩年后，另一個實驗室也得出了同樣的結(jié)論。1976年，丁肇中和另一位物理學(xué)家被共同授予當(dāng)年的諾貝爾物理學(xué)獎。

丁肇中把他的諾貝爾獎證書和獎?wù)隆粒子原始數(shù)據(jù)資料手稿、用小楷書寫的中文獲獎感言，連同去斯德哥爾摩領(lǐng)獎的飛機(jī)票，一同鎖在一個不起眼的小鐵箱里，放在他擺放實驗工具和儀器的房間，繼續(xù)尋找暗物質(zhì)的實驗。

不過，這個實驗就像他喜歡的尋找J粒子實驗一樣困難。用他自己常常打的比方說，他喜歡的那類實驗就像是“站在一場大暴雨里，尋找大雨中與眾不同的一粒雨滴”。

“去尋找你已經(jīng)知道的東西，是一件很沒勁的事情?！倍≌刂姓f。他設(shè)計出尋找暗物質(zhì)的方法——到太空去做實驗。

把儀器送到天上去，這是個科學(xué)上的好主意，卻讓負(fù)責(zé)拍板的美國政客們直皺眉頭，其中一個重要原因是——太貴了。“我的每一個實驗，都經(jīng)歷了許多的反對。但是，做實驗物理，不能因為絕大多數(shù)人反對，你就不做。物理學(xué)的進(jìn)步，就是推翻所有人已知的東西而來的?！倍≌刂姓f。

終于，丁肇中打動了國會，也得到了政府的支持。2009年奧巴馬政府上任后的第3天，NASA就宣布了運(yùn)送阿爾法磁譜儀的航天飛機(jī)的班期。2011年5月16日，美國“奮進(jìn)”號航天飛機(jī)執(zhí)行最后一次任務(wù)，將阿爾法磁譜儀送至國際空間站。這果然不是一次便宜的旅行，耗資5億美元。

丁肇中的堅持讓他在美國媒體中獲得了“鋼鐵般意志”的評語。

最重要的責(zé)任是不能有錯

“我想今后50年里，不可能有人再做這么大、這么困難的實驗了。所以我跟我們所有的科學(xué)家說，最重要的責(zé)任是不能有錯，因為出錯以后，沒辦法讓人來檢查和校對?！倍≌刂袑τH赴日內(nèi)瓦采訪的北京科技視頻網(wǎng)記者說，“所以我總是對自己說，最好檢查一遍，再檢查一遍?！?/p>

一個美國記者問他，為什么要堅持尋找一個不見得存在的東西？這件事情為什么這么重要？已經(jīng)獲得了一次諾貝爾獎，還要拿第二次嗎？

“諾貝爾獎現(xiàn)在已經(jīng)有個不成文的傳統(tǒng)，一個人不會兩次獲獎，所以我不必?fù)?dān)心?！倍≌刂姓f，“我拿諾貝爾獎的時候還比較年輕，40歲，所以沒有停下來的必要。我唯一有興趣的就是做我的實驗，別的事情都沒有興趣。我只是想滿足好奇心，而為名為利學(xué)物理是很危險的事。”

于是，在日內(nèi)瓦的新聞發(fā)布會上，丁肇中拒絕回答一切跟“猜測”有關(guān)的問題。有關(guān)暗物質(zhì)是不是存在，什么時候能發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)，還看到了哪些初步數(shù)據(jù)，他都緘口不言，著急的人們只好問他，你什么時候能知道答案呢？

“應(yīng)該會很慢吧?！倍≌刂行χ卮鸬溃盟信剖降穆朴频恼Z調(diào)。