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丁肇中:尋找暗物質(zhì)18年來的第一份答卷

時(shí)間:2013-04-10來源:中國(guó)青年報(bào) 作者:91boshi

  丁肇中

  4月3日,山東大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院教授程林準(zhǔn)備迎接即將到來的清明假期,突然接到美籍華裔物理學(xué)家丁肇中的通知。身在歐洲核子研究中心(CERN)的丁肇中告訴他,就在今天,他要全球同步發(fā)布一份數(shù)據(jù)。

  作為丁肇中團(tuán)隊(duì)的一部分,程林所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)阿爾法磁譜儀(AMS)的熱控制系統(tǒng)。他馬上忙了起來。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(jiǎng)。

  于是,與丁肇中一同合作實(shí)驗(yàn)的山東大學(xué)團(tuán)隊(duì)匆匆準(zhǔn)備發(fā)布會(huì),已經(jīng)準(zhǔn)備放假的記者們也重新掏出錄音筆采訪,把這條消息添到頭條新聞里。英國(guó)廣播公司(BBC)的主播也在新聞中間突然插進(jìn)來一句:“最新消息,科學(xué)家似乎發(fā)現(xiàn)了暗物質(zhì)?”

  “我們發(fā)現(xiàn)了40萬個(gè)正電子。”丁肇中慢悠悠地說,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)。”

  來自世界各地的記者圍在新聞發(fā)布會(huì)上,紛紛示意要向這位科學(xué)家提問。坐在實(shí)驗(yàn)室里,這個(gè)77歲的物理學(xué)家不慌不忙地回答每個(gè)人的問題,而在他背后,其他工作人員一如繼往地守在電腦前,繼續(xù)處理那些還未完成的數(shù)據(jù)。

  一個(gè)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(gè)故事的大結(jié)局了

  在瑞士日內(nèi)瓦的歐洲核子研究中心,臨時(shí)得到發(fā)布會(huì)消息的記者蜂擁而至,與此同時(shí),山東大學(xué)的程林也在匆忙之中開始了中方發(fā)布會(huì)。

  可是,并不是每個(gè)人都能立刻明白丁肇中的實(shí)驗(yàn)。英國(guó)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(shí)驗(yàn)起,丁肇中就一遍又一遍解釋“暗物質(zhì)”這個(gè)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(cè)到的普通物質(zhì)只占宇宙質(zhì)量的5%。

  “我們對(duì)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(gè)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)。”丁肇中對(duì)媒體說。

  于是,他做了18年的實(shí)驗(yàn),建造了重達(dá)7.5噸的阿爾法磁譜儀,邀請(qǐng)了來自16個(gè)國(guó)家和地區(qū)、54個(gè)研究機(jī)構(gòu)的近600名研究人員參與其中。他計(jì)劃,在未來20年內(nèi),在距離地球近400公里的國(guó)際空間站上,阿爾法磁譜儀將收集到3000億個(gè)數(shù)據(jù)。

  究竟有沒有暗物質(zhì),人們期待著丁肇中團(tuán)隊(duì)的答案。在丁肇中的帶領(lǐng)下,這個(gè)團(tuán)隊(duì)凡事都能說出個(gè)準(zhǔn)數(shù)來。程林能細(xì)數(shù)出他所負(fù)責(zé)的熱系統(tǒng)里面的32426個(gè)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到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(shí)驗(yàn)室里,丁肇中向全世界第一次公布了阿爾法磁譜儀項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果——阿爾法磁譜儀在太空實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中探測(cè)到40萬個(gè)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。“這些都支持正電子來源于暗物質(zhì),可是沒有完全的證據(jù)。”他說。

  這個(gè)結(jié)果卻讓守著新聞苦等的物理學(xué)家們一時(shí)語塞,美國(guó)加州理工學(xué)院物理學(xué)家西恩·卡羅爾干脆稱呼這個(gè)結(jié)果是“叫人干著急的證據(jù)”。

  “我只能這么說,我的責(zé)任是打開一個(gè)門,用精密的儀器去測(cè)量,我最主要的是要保證一切是正確的,不要出錯(cuò)。”丁肇中說。此前包括美國(guó)費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡等項(xiàng)目都曾觀察到過量正電子現(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(gè)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(gè)故事的大結(jié)局了。”美國(guó)芝加哥大學(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(duì)媒體說,“雖然現(xiàn)在偵探手里是個(gè)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(gè)偵探故事。”

  在日內(nèi)瓦,丁肇中也對(duì)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(gè)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”。

  他喜歡的那類實(shí)驗(yàn)就像是“站在一場(chǎng)大暴雨里,尋找大雨中與眾不同的一粒雨滴”

  在歐洲核子研究中心的發(fā)布會(huì)之后,丁肇中通過視頻連線,參加了在美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)的一場(chǎng)發(fā)布會(huì)。一位白發(fā)蒼蒼的NASA負(fù)責(zé)人笑著說:“實(shí)驗(yàn)做了18年,現(xiàn)在第一次公布報(bào)告,我只能說,它教會(huì)我們,耐心是一種美德。”

  從1995年開始,丁肇中正式開展阿爾法磁譜儀項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)。那時(shí)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(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了J粒子。此前,科學(xué)家相信宇宙是由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(shí)就公布結(jié)果,但丁肇中堅(jiān)持反復(fù)核查每一步實(shí)驗(yàn),一直到兩年后,另一個(gè)實(shí)驗(yàn)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(jiǎng)。

  “拿到諾貝爾獎(jiǎng)的時(shí)候我有點(diǎn)吃驚。正常情況下,評(píng)委會(huì)總得讓你等上20多年才會(huì)頒獎(jiǎng)給你,但是我的工作才完成1年多他們就給了獎(jiǎng)。”丁肇中開玩笑說,“我想他們一定是被興奮沖昏了頭腦。”

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

  不過,這個(gè)實(shí)驗(yàn)就像他喜歡的尋找J粒子實(shí)驗(yàn)一樣困難。用他自己常常打的比方說,他喜歡的那類實(shí)驗(yàn)就像是“站在一場(chǎng)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。”丁肇中說。

  他在距離實(shí)驗(yàn)室15到17分鐘車程的地方住了下來,那是棟用茅草做頂、木梁結(jié)構(gòu)的房子,周圍沒有鄰居,只有一片葡萄園和兩排松樹。他不在辦公室的時(shí)候,就在這里思考他的實(shí)驗(yàn)。 在家門前的67棵松樹間散步的時(shí)候,丁肇中設(shè)計(jì)出尋找暗物質(zhì)的方法——到太空去做實(shí)驗(yàn)。

  把儀器送到天上去,這是個(gè)科學(xué)上的好主意,卻讓負(fù)責(zé)拍板的美國(guó)政客們直皺眉頭,其中一個(gè)重要的原因是——太貴了。 “我的每一個(gè)實(shí)驗(yàn),都經(jīng)歷了許多的反對(duì)。但是,做實(shí)驗(yàn)物理,不能因?yàn)榻^大多數(shù)人反對(duì),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。”丁肇中說。

  終于,丁肇中打動(dòng)了國(guó)會(huì),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(guó)“奮進(jìn)”號(hào)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(guó)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(jiān)持讓他在美國(guó)媒體中獲得了“鋼鐵般意志”的評(píng)語。不過,當(dāng)美國(guó)記者問他覺不覺得自己固執(zhí)的時(shí)候,他像個(gè)小孩子一樣搖頭,而實(shí)驗(yàn)室里與他共事多年的研究員們,全都笑了起來。

  “最重要的責(zé)任是不能有錯(cuò),因?yàn)槌鲥e(cuò)以后,沒辦法讓人來檢查和校對(duì)”

  在從2004年就跟丁肇中合作實(shí)驗(yàn)的程林眼里,私底下的丁肇中非常安靜,不管得到多么顛覆性的研究數(shù)據(jù)都不愛張揚(yáng),也不常跟他的圈子相處,保持著“適當(dāng)?shù)墓陋?dú)”。閑下來的時(shí)候,他喜歡讀讀歷史,看看新聞,有時(shí)候也會(huì)跟程林聊聊《水滸傳》。

  但是,當(dāng)他出現(xiàn)在公眾視野里的時(shí)候,這個(gè)物理學(xué)家極少提及物理學(xué)以外的話題,即便是在這次的新聞發(fā)布會(huì)上,對(duì)于那些他不能百分之百確定的問題,他絕不評(píng)論。

  “不做實(shí)驗(yàn),你可以說東,我可以說西,根本不知道怎么回事情,所以我的意見和街上小孩的意見是一樣的。”丁肇中說。

  這位以嚴(yán)謹(jǐn)著稱的物理學(xué)家說,他第一次到NASA報(bào)到的時(shí)候,NASA的負(fù)責(zé)人跟他足足聊了3個(gè)小時(shí)。臨走的時(shí)候,這位負(fù)責(zé)人還特意對(duì)他說,跟宇宙打交道不容易,“太空可不是好惹的”。

  “我當(dāng)時(shí)沒聽懂,花了10年時(shí)間才理解了這句話。”丁肇中說,“在這里你犯了錯(cuò),不是叫個(gè)研究生幫忙收拾下殘局就能解決問題的。”

  所以,他說自己常常半夜醒來,腦子里裝滿了懷疑——實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是不是有問題?設(shè)備數(shù)據(jù)是不是準(zhǔn)確?還有哪些測(cè)試沒有做?磁譜儀里有4000塊小磁鐵,飛出來的話可能把航天飛機(jī)打破,那就出大事情了!

  “我想今后50年里面, 不可能有人再做這么大、這么困難的實(shí)驗(yàn)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(cuò),因?yàn)槌鲥e(cuò)以后,沒辦法讓人來檢查和校對(duì)。”丁肇中對(duì)親赴日內(nèi)瓦采訪的北京科技視頻網(wǎng)記者說,“所以我總是對(duì)自己說,最好檢查一遍,再檢查一遍。”

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

  “諾貝爾獎(jiǎng)現(xiàn)在已經(jīng)有個(gè)不成文的傳統(tǒng),一個(gè)人不會(huì)兩次獲獎(jiǎng),所以我不必?fù)?dān)心。”丁肇中說,“我拿諾貝爾獎(jiǎng)的時(shí)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(shí)驗(yàn),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(xiǎn)的事。”

  于是,在日內(nèi)瓦的新聞發(fā)布會(huì)上,丁肇中拒絕回答一切跟“猜測(cè)”有關(guān)的問題,暗物質(zhì)是不是存在,什么時(shí)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(shí)候能知道答案呢?

  “應(yīng)該會(huì)很慢吧。”丁肇中笑著回答道,用他招牌式的慢悠悠的語調(diào)。

 

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