“科學狂人”丁肇中：AMS命運多舛他始終堅持

經過16年的努力，以及15億美元其他人提供的資金，美國宇航局和丁肇中展示成果的時候就要到來了。

　　上周四，隨著“奮進號”航天飛機升空的“阿爾法磁譜儀2號”(AMS-02)被送入國際空間站，開始其為期10年以上的宇宙反物質的探尋之旅，該國際科學項目的負責人、諾貝爾獎獲得者丁肇中博士再度為世人矚目。丁肇中緣何要歷時17年，堅持實施這個備受爭議、坎坷不斷的AMS項目，他為此付出了何等努力？前不久的《自然》和《紐約時報》等媒體作了披露——

　　“真正的發現是在現有的知識圈之外。”

　　“如果我們什么也不做，不去進行檢測，那我們永遠也不會知道真相是什么。”

　　——丁肇中

　　肯尼迪航天中心一個無塵室中，被一大群技術人員圍繞著的巨大設備就是重達6.7噸的阿爾法磁譜儀，它將進入太空，承擔起有史以來最雄心勃勃、最復雜的實驗任務。這一實驗如果成功，將幫助NASA在回答宇宙是由什么構成的這個問題上邁進一大步，并給國際空間站和著名的物理學家帶來榮耀，但如果失敗，也將給持反對意見者提供反對這一實驗的證據。

　　被命名為阿爾法磁譜儀(AMS)的這一裝置，其目的是為了探測太空中的高能宇宙射線粒子，尋找宇宙中的反物質。阿爾法磁譜儀也許還能給我們帶來一些意外的驚喜。“真正的發現是在現有的知識圈之外，”去年8月間，丁肇中，這位70多歲的諾貝爾獎得主、麻省理工學院教授、宇宙射線探測項目負責人在歐洲粒子物理研究所的實驗室里如此說道。

　　丁博士是一位科學“狂人”，他用一生的時間帶領著一大批物理學家進行著物理學領域內的探索。1974年他發現了將徹底改變物理學的粒子，但因他花了很長時間對研究結果反復檢驗，希望找出更多的粒子，在這段時間里，另一個實驗室也發現了這種粒子，于是最后丁肇中與美國科學家伯頓·里克特共享了1976年的諾貝爾物理學獎。

　　阿爾法磁譜儀的實驗始于20世紀90年代初，當時盡管他在物理界的威望，丁博士卻未能在歐洲核子研究中心的大型強子對撞機實驗中充分發揮作用，于是他將目光投向了太空。根據物理學原理，同等數量的物質，和它邪惡的雙胞胎反物質，在互相接觸的一瞬間，普通物質就會被湮滅，同時釋放出能量，這種反物質應該是在宇宙大爆炸時產生的，這也是科學界長期以來的一個未解之謎。如果能夠發現重于反氦的原子核，是否意味著在宇宙某個地方可能存在著反物質恒星甚至整個反物質星系呢？“但如果我們什么也不做，不去進行檢測，那我們永遠也不會知道真相是什么，”丁博士說道。

　　AMS命運多舛他始終堅持

　　“如果出現什么問題，我就是那個該承擔責任的人，我所有的精力都放在了這件事上。”

　　——丁肇中

　　1994年，當時的美國宇航局局長丹·戈爾丁正在尋求有價值的科學構思，特別是能夠讓國際空間站揚名的東西，前蘇聯空間研究所負責人羅爾德·薩格戴夫向戈爾丁提到諾貝爾獎獲得者、粒子物理學家丁肇中的一個想法，即：將磁鐵運載到太空，檢測對來自遙遠恒星發出的粒子流，尋找反物質。“戈爾丁說‘好吧，這家伙在哪兒呢？我要立即見到他，’”薩格戴夫回憶道。

　　很快，丁博士有機會與丹·戈爾丁會面，他對戈爾丁先生說道，如果有一個以空間站為基礎的宇宙射線探測器，他就可以進行這種測量。戈爾丁立刻被這個建議吸引住了，同意將磁譜儀安置在國際空間站。這一決定繞過了宇航局的正規同行審查程序，引起了一些宇宙射線物理學家的不滿。這一計劃吸引戈爾丁的部分原因是航天局不必出錢，大批資金來源于丁博士在國外的大批合作者，來自16個國家和地區的600名科學家，其中包括意大利、德國、俄羅斯、中國等。　

　　1995年，當時在美國麻省理工學院任教授的丁肇中獲得了戈爾丁的合作協議，美國宇航局同意他的阿爾法磁譜儀(AMS)在空間站里占據一席之地，并用航天飛機將它運載到空間站。該協議的部分內容包括，美國宇航局不必為阿爾法磁譜儀的建造買單，事實上，丁肇中從美國能源部和國外獲得了大部分的資金。

　　丁肇中終于做到了他想要做的事情。1998年光譜儀樣機建成，并搭載在同年6月的“發現號”航天飛機上試飛10天獲得成功。經過13年的努力和15億美元的投入，一個由來自16個國家和地區的物理學家組成的龐大科研團隊已完成了阿爾法磁譜儀實驗的大部分工作，只需最后的點睛之筆，實驗就將圓滿完成。但在2003年“哥倫比亞號”航天飛機解體，造成7名宇航員喪生的事故后，丁博士和阿爾法磁譜儀的命運急轉直下，美國航空航天局宣布航天飛機時代結束，原定的2005年載運阿爾法磁譜儀進入太空的計劃被取消。談及當時的感受，丁肇中說，“那是我第一次在面對挫折時，感到自己有一種無能為力的感覺。”

　　2005年，丁博士開始為阿爾法磁譜儀的命運力爭，應邀在美國參議院就美國科學發展現狀發表講話時，他利用了他的5分鐘發言時間和9張幻燈片，宣講了他的基礎科學研究實驗，令觀眾大為鼓舞，“他們很驚訝地聽到，空間站也能為科研出大力。”丁博士回憶說。

　　在之后的幾年里，一些強勢的參議員，如阿拉斯加州的特德·史蒂文斯、佛羅里達州的比爾·納爾遜和德克薩斯州的凱·貝利·赫切森對丁肇中的計劃都表示出了極大的興趣，他們有的從頭到尾看完丁博士展示的幻燈片，有的參觀了他在歐洲核子研究中心的研究項目。最后，美國國會命令美國航空航天局為丁博士的實驗提供一架航天飛機。

　　“在奧巴馬就職典禮后的三天，阿爾法磁譜儀又重新回到了航天飛機的載貨單上，”丁博士說道。

　　2008年，在華盛頓五月花酒店的一間華麗的餐室內，丁肇中接受了紐約時報等重量級媒體記者的訪問。他坐在一張椅子上，打開面前的筆記本電腦，里面有著大量的文件和圖表，甚至還有紐約時報上表彰他過去成就的一些剪輯資料。“所有技術上的細節我都一清二楚，”他說，“如果出現什么問題，我就是那個該承擔責任的人，我所有的精力都放在了這件事上。”丁博士說，在過去13年里的每一天，阿爾法磁譜儀都是他關注的唯一重點，在它身上丁傾注了全部的熱情，也給他帶來了許多的煩惱，除了1998年AMS-01號原型機被裝載在發現號航天飛機上進行太空飛行時的那10天之外，當太空射線通過阿爾法磁譜儀的環形磁鐵，收集著信息并傳來太空粒子的數據時，丁肇中覺得自己得到了真正的放松。

　　發現宇宙大爆炸遺留下來的反物質是一個非常誘人的想法。但每次面對“我們將看到什么”、“阿爾法磁譜儀能否給天文學研究帶來新的發現”之類的問題，丁肇中都會以他慣常的緩慢而輕柔的聲音說道，“是很難預料得到的。”但在丁肇中的心里，真正期待的是阿爾法磁譜儀有可能帶來完全意料不到的發現。

　　面對質疑他不為所動

　　“我拒絕你們的拒絕。”“物理學的進步就在于不斷地推翻別人的理論。”

　　——丁肇中　　

　　但是，除了丁博士等很少人外，大多數理論物理學家并不認為這一實驗能夠發現任何原始反物質。他們得出的結論認為，原始反物質在宇宙大爆炸后的最初時刻就消失了。“最初的目標物早已經灰飛煙滅，”美國密歇根大學宇宙射線物理學家格雷格·塔爾勒說道，他對這項實驗一直持批評意見。

　　AMS項目的眾多反對者認為他們能夠預測到這一項目的最后結果，目前沒有理論讓他們相信丁肇中與戈爾丁所說的反物質原子核的存在。另外，他們還說，目前用在AMS項目上的資金，可以用在更重要的地方，比如得到天體物理學界評估認同并被列為優先考慮的一些項目之上。對此丁肇中不為所動，1976年，他在諾貝爾獎演講中以謹慎的實驗證明了一些理論科學家的謬誤。他說，當與某種理論產生分歧之時，實驗結果是最具說服力的，他以不容置疑的口氣強調道，“物理學的進步就在于不斷地推翻別人的理論。”

　　兩年前歐洲衛星帕梅拉發現超過正常的正電子，也許是暗物質粒子碰撞的結果，這暗示著太空中可能有暗物質存在。雖然衛星無法分辨正電子與質子，而阿爾法光譜儀可以，“它會告訴我們，這些東西究竟是有還是沒有，”歐洲粒子物理研究所的理論物理學家約翰·埃利斯說道。包括埃利斯博士和丁博士在內的一些物理學家認為，來自暗物質的正電子應該擁有獨特的光譜特征，利用宇宙射線光譜儀可測量到，如果發現它遵循某種模式，丁博士說，“每個人都會認為它就是暗物質。”但許多物理學家認為只有從粒子加速器實驗獲得直接的探測數據，才能認為發現了暗物質。

　　即使是丁博士的支持者也為阿爾法磁譜儀實驗實施過程中的一些曲折而感到困惑。在發射的日子最后定了下來之后，丁博士宣布他將用較弱的永久性磁鐵替代原型機太空飛行時所用的超導磁鐵，這意味著他將錯過將阿爾法磁譜儀運送到卡納維拉爾角發射場的最后期限。美國航天局及時作出了反應，將飛行時間推遲到了2011年。丁博士為在最后時刻進行的改變提出了兩個原因。2010年2月里進行的真空室測試表明，需要用氦冷卻超導磁體，超導磁體也將在短短的兩年內失去超導性，而在太空中讓其恢復超導性并不是一個理想的選擇。

　　在丁博士看來，國際空間站的壽命已從2015年延長至2020年或2028年，不可能讓一臺失效的機器在多年的時間里占用著空間站里的空間。丁博士說，永久磁鐵磁場較弱的缺點，因設備更長的使用時間，以及在粒子跟蹤陣列設計上的些微改動而完全得以抵銷，事實上，丁博士將其稱之為對阿爾法磁譜儀的一次“升級”。“如果空間站于2015年就停止使用，我們不會改換磁鐵，”他說。

　　這次改變，導致了原來對這次實驗就有所質疑的一些科學家提出了新一輪的批評意見，他們懷疑運載阿爾法磁譜儀進入太空飛行是否安全。航天飛機工程師則表示，對此次阿爾法磁譜儀的改變，他們感到欣慰，因為可以不用使用液態氦，液態氦存在著有可能汽化爆炸的危險，正如兩年前在大型強子對撞機上發生過的那樣。加州理工學院的巴瑞·巴里斯曾協助能源部對該實驗項目進行過評價，巴里斯在一封電子郵件中說，盡管這一原先已被批準的實驗在實施過程中“有明顯缺陷”，但還是應該按原計劃發射飛行。“我不會和Samuel(指丁肇中)對著干的，”他補充道。

　　AMS項目團隊認為天體的帶電粒子(也稱為宇宙射線)，是探索粒子物理學尚未解決的一個問題的窗口：為什么宇宙主要是由物質，而不是由反物質構成的？這至今仍是一個謎。但研究人員希望這次實驗能發現，宇宙是否如人們所認為的那樣，絕對完全地排斥反物質。如果有任何反物質逃脫了早期宇宙時被湮沒的命運，那么這些“流亡”在宇宙中的反物質今天應該仍然存在著。

　　AMS還面對著來自另一方面的阻力，AMS計劃首次提出時，對反物質宇宙射線的檢測幾乎沒有進行過多少嘗試，但一個觀察宇宙的新窗口正在被慢慢打開。氣球攜帶的超導光譜儀實驗(BESS)曾在南極洲高空的宇宙射線中尋找反物質，2006年發射的歐洲衛星帕梅拉(PAMELA)也于2008年檢測到了太空中存在著的過量正電子。這兩者能得出原始反物質存在的結論嗎？也許不能。“那么AMS能提供BESS和PAMELA所無法提供的這個基本問題的答案嗎？”美國宇航局戈達德太空飛行中心的約翰·米切爾道，“答案是，也許不能。”但這并不意味著AMS沒有找到原始反物質的機會，但這個機會之窗顯然被關小了不少。

　　美國航空航天局天體物理學咨詢委員會主席克雷格·霍根在2008年2月的一封信中指出，“與其他任務相比，科學價值不很顯然的任務都會給天體物理學的整體狀況帶來危害。”丁肇中對此則回應指出，AMS計劃不屬于美國宇航局天體物理學的任務，沒有用過美國宇航局科研撥款的錢，也沒有美國航天局的科學家參與到這項研究工作中來。至于其科學價值的審查，他指出，除了經過歐洲多個機構的審查之外，美國能源部也分別于1995年、1999年和2006年對AMS項目進行了審查。歐洲粒子物理研究所的物理學家大衛·斯蒂蘭德回憶道，“Samuel毅然站出來說：‘我拒絕你們的拒絕’。”