有科學(xué)家認(rèn)為，150億年前的大爆炸中，形成了“一正一反”：正宇宙就是我們目前生存的宇宙，而反物質(zhì)就是我們目前無法看得見摸得著的另一個(gè)世界。這個(gè)反物質(zhì)世界究竟存不存在，如何把它搜尋出來，一直是學(xué)界難題。

美國“奮進(jìn)”號(hào)航天飛機(jī)向國際空間站運(yùn)送了一個(gè)獨(dú)特的太空粒子探測(cè)器，科學(xué)家們?cè)噲D用它去尋找宇宙中可能存在的反物質(zhì)以及暗物質(zhì)。

尋找反物質(zhì)，驗(yàn)證宇宙起源

按照我們現(xiàn)有的宇宙起源理論，在大爆炸之初，宇宙向著一正一反兩個(gè)對(duì)立的方向發(fā)展。從科學(xué)家們構(gòu)擬的圖像來看，正反兩個(gè)宇宙好像從中間一個(gè)原點(diǎn)向左右擴(kuò)散開來的兩片蝴蝶翅膀。物質(zhì)宇宙的對(duì)立面，仿佛鏡像一般，有一個(gè)反物質(zhì)的宇宙。

在微觀的粒子層面，也存在著這種對(duì)稱。如今我們所熟知的組成物質(zhì)的基本粒子，如電子、質(zhì)子、中子等，都有與它們相反的粒子，它們?cè)谫|(zhì)量上、樣子上與它對(duì)應(yīng)的粒子一模一樣，但所帶的電荷正負(fù)恰恰相反。這些相反的粒子就被稱為反粒子，如反電子、反質(zhì)子、反中子等。物理學(xué)家根據(jù)反粒子理論，提出了反物質(zhì)假說，但是否真有反物質(zhì)，至今仍是一個(gè)謎。粒子與反粒子是一對(duì)冤家，碰到一起會(huì)同歸于盡，化作一束強(qiáng)光，連一點(diǎn)“尸首”都不留下，這種現(xiàn)象我們稱之為湮滅。在大爆炸后，“蝴蝶”的另一片“翅膀”——反物質(zhì)組成的宇宙神秘消失了。它去了哪里？

目前，許多反粒子已可以在實(shí)驗(yàn)中造出來?，F(xiàn)在的正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)就是利用加速器來獲得人工反電子的。科學(xué)家還通過加速器獲得了反質(zhì)子、反中子和其他更小的反粒子。物理學(xué)家們認(rèn)為，既然有反粒子，就應(yīng)該有由基本的反粒子組成的反物質(zhì)，如由兩個(gè)反中子、兩個(gè)反質(zhì)子和兩個(gè)正電子組成的反氦。反氦原子核如今是研究者們的重點(diǎn)搜索對(duì)象。

科學(xué)家一直盼望能找到反物質(zhì)的“遺孤”，從而去證實(shí)或者推翻我們對(duì)宇宙起源的理解。反物質(zhì)一靠近地球就湮滅了，那么，在茫茫太空能找到它嗎？于是，一個(gè)大膽的探測(cè)項(xiàng)目誕生了，這就是著名的“阿爾法磁譜儀太空粒子探測(cè)項(xiàng)目”，簡稱“AMS”。這是物理學(xué)家丁肇中19年來唯一領(lǐng)軍的科研項(xiàng)目，也可謂是當(dāng)今粒子物理學(xué)界最前沿的實(shí)驗(yàn)。

如何尋找？放塊“大磁鐵”到太空

AMS項(xiàng)目啟動(dòng)于1994年。那時(shí)，美國國家航空航天局（簡稱NASA）花了很多錢來運(yùn)作國際空間站，希望能進(jìn)行一些有分量的科學(xué)研究。這時(shí)，丁肇中教授的一個(gè)瘋狂想法傳到了NASA局長戈?duì)柖〉亩校核敕乓粔K大“磁鐵”到太空，去探測(cè)宇宙中的反物質(zhì)。這個(gè)想法太有創(chuàng)意了！戈?duì)柖‘?dāng)即找來丁肇中，兩人一拍即合，商定由NASA負(fù)責(zé)送“磁鐵”上太空，其他的研究經(jīng)費(fèi)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)等則由丁肇中負(fù)責(zé)。項(xiàng)目本身的巨大吸引力和丁肇中教授本人的號(hào)召力，很快讓他在全世界找到了合作團(tuán)隊(duì)。

1998年，第一代阿爾法磁譜儀登上太空，短短10天的數(shù)據(jù)收集，就取得了太空粒子研究方面的重大發(fā)現(xiàn)。在這之后，二代磁譜儀的改良研發(fā)工作緊鑼密鼓地進(jìn)行。改進(jìn)后的AMS-02最終隨著奮進(jìn)號(hào)發(fā)射升空。整個(gè)項(xiàng)目歷時(shí)17年，耗資20多億美元。美國的《紐約時(shí)報(bào)》稱這個(gè)項(xiàng)目是“有史以來最昂貴的科學(xué)實(shí)驗(yàn)之一”。

AMS項(xiàng)目臺(tái)灣團(tuán)隊(duì)主持人、臺(tái)灣“中央研究院”院士、粒子物理專家李世昌教授表示，安裝好的AMS-02已經(jīng)開始有條不紊地運(yùn)轉(zhuǎn)，從太空收集到的粒子數(shù)據(jù)已經(jīng)開始源源不斷地傳回，讓粒子物理學(xué)家們眼前發(fā)亮的粒子數(shù)據(jù)已經(jīng)開始出現(xiàn)?！皩?duì)我們而言，真正的工作才剛剛開始。”李世昌教授說。

探測(cè)器守株待兔，時(shí)刻“恭候”反粒子

有人說，AMS-02看上去有點(diǎn)像是一摞壘砌起來的面包圈，其實(shí)它是永久磁鐵。這個(gè)重達(dá)7 000千克、長4米、寬3米、高約5米的大個(gè)頭人造磁鐵產(chǎn)生的磁力超強(qiáng)，據(jù)說是地球磁場(chǎng)的1.7萬倍。這樣的體量，也讓它能夠探測(cè)更多的太空粒子。我國中科院電工所對(duì)磁體系統(tǒng)的精密設(shè)計(jì)讓這個(gè)大磁場(chǎng)內(nèi)部的磁性很強(qiáng)，外部卻很弱，如此一來，空間站的運(yùn)行就不會(huì)受這個(gè)大磁場(chǎng)的影響而左搖右擺。

據(jù)中山大學(xué)AMS團(tuán)隊(duì)的專家介紹，安裝在空間站的AMS可謂是守株待兔，時(shí)刻等著宇宙各種粒子穿過磁場(chǎng)內(nèi)部。AMS探測(cè)器含有5個(gè)子探測(cè)器，其中一個(gè)是用于探測(cè)反物質(zhì)的，它可以辨別粒子是否帶電荷，帶的是正電荷還是負(fù)電荷。如果反氦原子核穿過，會(huì)被敏感地捕捉到。

中山大學(xué)AMS團(tuán)隊(duì)技術(shù)負(fù)責(zé)人何振輝教授稱這是一個(gè)“大海撈針”的過程。他說，丁肇中先生曾將太空中穿過AMS的形形色色的粒子形容為一場(chǎng)場(chǎng)“大雨”，而儀器所要過濾的正是“雨滴”中異常的閃光點(diǎn)?！斑@撈出的針會(huì)是兩頭還是三頭，都還很難講，但我們充滿期待?！?/p>

正反物質(zhì)相撞或帶來能源開發(fā)前景

廣東省政府為該項(xiàng)目投入巨資。中山大學(xué)的4個(gè)學(xué)院參與到這個(gè)項(xiàng)目的研發(fā)工作中，并研制了硅微條軌跡探測(cè)器的熱控系統(tǒng)，簡稱“TTCS”。目前，整個(gè)熱控系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，對(duì)整個(gè)探測(cè)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起到了很好的保障作用。然而，我們?yōu)槭裁匆教諏ふ曳次镔|(zhì)粒子？它跟我們的日常生活有關(guān)系嗎？

“反粒子”已應(yīng)用于腫瘤治療

李世昌院士說，目前有一種新技術(shù)在逐漸被廣泛使用——正電子斷層造影。這一技術(shù)利用的就是反粒子的一些原理，來精確標(biāo)示人體內(nèi)的癌細(xì)胞。相比目前其他的確診手段，正電子斷層造影能更清晰地讓醫(yī)生比對(duì)出病人在治療前后癌細(xì)胞控制情況的好壞。

“不少醫(yī)生在使用這個(gè)設(shè)備，但對(duì)其背后有關(guān)粒子物理的東西卻不甚了解。”李世昌說。他指出，1928年狄拉克提出反粒子理論，1932年安德森從宇宙射線中發(fā)現(xiàn)電子的反粒子——正電子，但他們都沒想到，在2000年前后，人類已可以將它用在癌癥診斷上。此外，目前用高能量光子照射腫瘤、殺死腫瘤細(xì)胞的嘗試也被認(rèn)為好于γ射線，它能更精準(zhǔn)地殺死癌細(xì)胞，而且對(duì)腫瘤周圍的正常組織的副作用大大降低。

未來或能被利用

中山大學(xué)參與該項(xiàng)目的呂樹申教授則暢想，在未來，如果有辦法捕捉到反物質(zhì)，比如大膽想象能將“反粒子”存放起來，它和正粒子相遇湮滅的一剎那，會(huì)釋放出巨大的能量?！艾F(xiàn)在都在開發(fā)核能，核能看起來已經(jīng)很了不起了，但是這種正反物質(zhì)相遇所產(chǎn)生的能量，會(huì)不會(huì)被人類利用，給人類帶來新的能源呢？大膽暢想一下，倒也不妨?！眳螛渖暾f。