苗千

在丁肇中的倡導(dǎo)下，第一代阿爾法磁譜儀AMS-01在1998年6月由“發(fā)現(xiàn)號(hào)”航天飛機(jī)送入太空，這個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的探測(cè)器證明了在太空中進(jìn)行粒子探測(cè)的可能性，但并沒(méi)有探測(cè)到任何反氦原子核。經(jīng)過(guò)AMS-01的雛形之后，由美國(guó)能源部及十幾個(gè)國(guó)家共同投資，來(lái)自56家機(jī)構(gòu)的500多名科學(xué)家共同參與設(shè)計(jì)的升級(jí)版本AMS-02，在2011年由“奮進(jìn)號(hào)”航天飛機(jī)送往太空。2011年5月19日，宇航員們操縱一個(gè)機(jī)器手臂把這個(gè)1立方米大小、重達(dá)8.5噸的巨大磁體安裝在了國(guó)際空間站的外側(cè)，進(jìn)行太空粒子探測(cè)。

幾年的時(shí)間過(guò)去，在美國(guó)航空航天局關(guān)于阿爾法磁譜儀的實(shí)時(shí)網(wǎng)頁(yè)上顯示，這個(gè)機(jī)器已經(jīng)在太空中工作了2100多天，探測(cè)了宇宙空間中超過(guò)1000億個(gè)粒子。被AMS-02捕捉到的絕大多數(shù)都是質(zhì)子和氦原子核，也有一些自由電子、碳原子核、氧原子核和鐵原子核，另外還有極少的反質(zhì)子和正電子（分別是質(zhì)子和電子的反粒子）。丁肇中最為關(guān)心的是AMS-02探測(cè)到的各種反粒子，這正是他當(dāng)年提議和設(shè)計(jì)阿爾法磁譜儀的初衷，希望能夠理解為什么在宇宙中物質(zhì)占絕對(duì)多數(shù)，而反物質(zhì)則極其稀有。另外，丁肇中認(rèn)為這些反粒子的能量和來(lái)處，可能為人類(lèi)尋找暗物質(zhì)提供線(xiàn)索，因?yàn)檫@些反粒子可能就是某種暗物質(zhì)粒子的產(chǎn)物。

這個(gè)花費(fèi)了15億美元的探測(cè)項(xiàng)目所探測(cè)到的零星反物質(zhì)粒子，此前并沒(méi)有在物理學(xué)界引起太大反響。與丁肇中的意見(jiàn)不同，很多物理學(xué)家認(rèn)為這些反粒子只不過(guò)是宇宙中一些人們已經(jīng)司空見(jiàn)慣的天文現(xiàn)象所產(chǎn)生的副產(chǎn)品罷了，如脈沖星、超新星爆發(fā)，都可能產(chǎn)生出大量的反物質(zhì)，不足為奇，起碼以目前的天文學(xué)理論都能做出可行的解釋。

但是AMS-02的另外一些發(fā)現(xiàn)卻可能完全改變?nèi)藗儗?duì)這個(gè)項(xiàng)目的看法。在幾年間探測(cè)到的上千億個(gè)粒子之中，有“四五個(gè)”粒子信號(hào)引起了丁肇中的注意——AMS-02有可能首次在太空中探測(cè)到了反氦3原子核，一種由兩個(gè)反質(zhì)子、一個(gè)反中子形成的反物質(zhì)原子核。盡管丁肇中還沒(méi)有正式就這個(gè)發(fā)現(xiàn)發(fā)表科學(xué)論文，但一旦確認(rèn)了在茫茫宇宙中存在這種極為稀少的原子核，一定會(huì)讓眾多的物理學(xué)家和天文學(xué)家感到激動(dòng)，并且開(kāi)始正視阿爾法磁譜儀項(xiàng)目的意義，這為人類(lèi)在宇宙中尋找反物質(zhì)提供了新的思路。

2016年12月8日，AMS-02項(xiàng)目發(fā)布了阿爾法磁譜儀進(jìn)行探測(cè)的第一個(gè)五年數(shù)據(jù)總結(jié)。在列舉了各種數(shù)字和圖表之后，報(bào)告只在接近結(jié)尾處輕描淡寫(xiě)地提了一句，在5年的探測(cè)中，大概每一年都會(huì)有一個(gè)反氦原子核的疑似信號(hào)。隨后在2016年12月12日，丁肇中在歐洲核子中心做了一個(gè)關(guān)于阿爾法磁譜儀進(jìn)行宇宙射線(xiàn)探測(cè)數(shù)據(jù)的報(bào)告。在報(bào)告中，他同樣沒(méi)有明確承認(rèn)AMS-02發(fā)現(xiàn)了反氦原子核，只是含糊地表明，“還沒(méi)有排除幾個(gè)有可能的信號(hào)”——這種表述，加上隨后幾個(gè)月的各種傳聞，已經(jīng)足以在物理學(xué)界引發(fā)熱潮。當(dāng)年的AMS-01沒(méi)有發(fā)現(xiàn)反氦原子核，相比之下AMS-02的靈敏度提高了1000倍。尋找反氦原子核正是阿爾法磁譜儀項(xiàng)目最重要的目標(biāo)之一，發(fā)現(xiàn)反氦原子核的意義與發(fā)現(xiàn)反質(zhì)子或正電子完全不同。

目前，人類(lèi)還沒(méi)有任何宇宙學(xué)模型可以解釋?zhuān)我栽谟钪婵臻g中能夠出現(xiàn)反氦原子核——現(xiàn)在人們所理解的宇宙學(xué)現(xiàn)象都只能產(chǎn)生反質(zhì)子或是正電子。如果發(fā)現(xiàn)反氦原子核最終得到證實(shí)，那么人們不得不開(kāi)始考慮，是否就在宇宙的某處，和人們所熟悉的由物質(zhì)構(gòu)成的世界類(lèi)似，還存在著一個(gè)由反物質(zhì)主導(dǎo)的世界，在那個(gè)世界里又會(huì)偶爾有極少部分的反物質(zhì)粒子逃離，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)途跋涉來(lái)到太陽(yáng)系，最終被阿爾法磁譜儀所捕獲。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型，在最初的宇宙大爆發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生了等量的物質(zhì)與反物質(zhì)，這兩種物質(zhì)一旦相遇就會(huì)互相湮滅，轉(zhuǎn)化為能量。但是隨著宇宙范圍的擴(kuò)大，這兩種物質(zhì)逐漸分離，不再發(fā)生湮滅。問(wèn)題在于，宇宙何以演變?yōu)楝F(xiàn)在人們所感知的，由物質(zhì)主宰的宇宙？反物質(zhì)都去哪了？有一種理論認(rèn)為，早期的宇宙更傾向于物質(zhì)，因此更多的物質(zhì)留存了下來(lái)，也有可能反物質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)化為物質(zhì)，逐漸演變成現(xiàn)在的宇宙，但是此中的細(xì)節(jié)并不清楚。也始終有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，在宇宙的某處，必定還聚集著大量的反物質(zhì)。

如果在宇宙的某處，同樣存在著由反物質(zhì)所主宰的世界，那么物質(zhì)世界與暗物質(zhì)世界遲早會(huì)相遇，在這兩種物質(zhì)相遇的界面，就必定會(huì)產(chǎn)生出大量的、劇烈的伽馬射線(xiàn)。人類(lèi)至今為止還沒(méi)有觀測(cè)到這種射線(xiàn)的存在。因此，斯坦福大學(xué)的物理學(xué)家羅杰·布蘭福德（Roger Blandford）認(rèn)為，幾乎沒(méi)有可能在宇宙中發(fā)現(xiàn)全部由反物質(zhì)構(gòu)成的星系。但是反氦原子核的存在一旦得到確認(rèn)，必將使全世界的物理學(xué)家都開(kāi)始反思宇宙中是否存在某處大量反物質(zhì)的聚集地。

丁肇中以一貫謹(jǐn)慎的態(tài)度對(duì)待AMS-02發(fā)現(xiàn)的這幾個(gè)反氦原子核信號(hào)。他首先需要查明這并不是來(lái)自于機(jī)器錯(cuò)誤，例如因?yàn)榇罅苛Ｗ舆M(jìn)入探測(cè)器引起機(jī)器的誤判。或許最終時(shí)間會(huì)給出答案：AMS-02至少還會(huì)在國(guó)際空間站工作至2024年。如果宇宙中確實(shí)存在反氦原子核，那么在剩下的幾年時(shí)間里，阿爾法磁譜儀必定還會(huì)做出更多的發(fā)現(xiàn)。

這樣一個(gè)耗資巨大、耗時(shí)又長(zhǎng)的太空探測(cè)項(xiàng)目，在多年的探測(cè)過(guò)程中并沒(méi)有太多驚人的發(fā)現(xiàn)，越來(lái)越多的科學(xué)家都逐漸對(duì)它失去興趣，認(rèn)為這可能是一個(gè)失敗的項(xiàng)目。但丁肇中多年來(lái)一直堅(jiān)持這個(gè)計(jì)劃，在獲得值得注意的線(xiàn)索時(shí)，他又以一貫的謹(jǐn)慎態(tài)度不輕易下定論。人類(lèi)科學(xué)有時(shí)正是在不斷的堅(jiān)持之下，以一種令人意想不到的方式，在人們意想不到的領(lǐng)域取得突破。