寻找暗物质:18年来的第一份答卷

2013-04-10 09:14:35  来源:中国青年报

丁肇中

  丁肇中

  4月3日,山东大学能源与动力工程学院教授程林准备迎接即将到来的清明假期,突然接到美籍华裔物理学家丁肇中的通知。身在欧洲核子研究中心(CERN)的丁肇中告诉他,就在今天,他要全球同步发布一份数据。

  作为丁肇中团队的一部分,程林所带领的团队负责阿尔法磁谱仪(AMS)的热控制系统。他马上忙了起来。丁肇中从1994年开始寻找暗物质,到现在已经做了18年,而这还是第一次公开发布结果。要知道,这位从不轻易发表研究成果的科学家上一次公布的研究成果,获得了诺贝尔物理学奖。

  于是,与丁肇中一同合作实验的山东大学团队匆匆准备发布会,已经准备放假的记者们也重新掏出录音笔采访,把这条消息添到头条新闻里。英国广播公司(BBC)的主播也在新闻中间突然插进来一句:“最新消息,科学家似乎发现了暗物质?”

  “我们发现了40万个正电子。”丁肇中慢悠悠地说,他列举了可以支撑它们来源于暗物质的理由,又一字一顿地补充说,“可是没有完全的证据。”

  来自世界各地的记者围在新闻发布会上,纷纷示意要向这位科学家提问。坐在实验室里,这个77岁的物理学家不慌不忙地回答每个人的问题,而在他背后,其他工作人员一如继往地守在电脑前,继续处理那些还未完成的数据。

  一个快80岁的老侦探寻找证据,这就是丁肇中的故事,我们快要听到这个故事的大结局了

  在瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心,临时得到发布会消息的记者蜂拥而至,与此同时,山东大学的程林也在匆忙之中开始了中方发布会。

  可是,并不是每个人都能立刻明白丁肇中的实验。英国媒体第二天发表的文章开头说:“你觉得‘上帝粒子’晦涩难懂是吗?那试试暗物质吧!”

  从1994年着手寻找暗物质的实验起,丁肇中就一遍又一遍解释“暗物质”这个词的意思——暗物质是指目前在宇宙中人类看不见的物质。在宇宙中,暗物质占据了大约27%的份额,而我们通常所能观测到的普通物质只占宇宙质量的5%。

  “我们对宇宙的了解非常非常少,而宇宙大得很难想象,所以我们目的是将整个宇宙找一遍,一直找到接近宇宙边缘的地方,看看有没有我们所未知的物质。”丁肇中对媒体说。

  于是,他做了18年的实验,建造了重达7.5吨的阿尔法磁谱仪,邀请了来自16个国家和地区、54个研究机构的近600名研究人员参与其中。他计划,在未来20年内,在距离地球近400公里的国际空间站上,阿尔法磁谱仪将收集到3000亿个数据。

  究竟有没有暗物质,人们期待着丁肇中团队的答案。在丁肇中的带领下,这个团队凡事都能说出个准数来。程林能细数出他所负责的热系统里面的32426个零件,而丁肇中就连日常生活也都记录在精确的数字里——从办公室回家的车程在15到17分钟之间,他家门口有两排松树,一共67棵……

  2013年4月3日,在日内瓦的实验室里,丁肇中向全世界第一次公布了阿尔法磁谱仪项目的实验数据结果——阿尔法磁谱仪在太空实际运转中探测到40万个正电子;比例上升是平衡的,没有出现峰值;正电子来源没有特定方向。“这些都支持正电子来源于暗物质,可是没有完全的证据。”他说。

  这个结果却让守着新闻苦等的物理学家们一时语塞,美国加州理工学院物理学家西恩·卡罗尔干脆称呼这个结果是“叫人干着急的证据”。

  “我只能这么说,我的责任是打开一个门,用精密的仪器去测量,我最主要的是要保证一切是正确的,不要出错。”丁肇中说。此前包括美国费米望远镜等项目都曾观察到过量正电子现象,但数据误差很大,而阿尔法磁谱仪的误差只有1%,“相当于肉眼和精密显微镜的区别”。

  “一个快80岁的老侦探寻找证据,这就是丁肇中的故事,我们快要听到这个故事的大结局了。”美国芝加哥大学物理学家迈克尔·特纳是暗物质理论研究领域的泰斗,他对媒体说,“虽然现在侦探手里是个让人着急的线索,但是接下来更多的答案,将帮我们写完这个侦探故事。”

  在日内瓦,丁肇中也对记者说,阿尔法磁谱仪目前运转良好,所以,“在接下来的几个月里,它提供的数据将告诉我们,这些正电子究竟是暗物质存在的证据,还是有其他来源”。

  他喜欢的那类实验就像是“站在一场大暴雨里,寻找大雨中与众不同的一粒雨滴”

  在欧洲核子研究中心的发布会之后,丁肇中通过视频连线,参加了在美国国家航空航天局(NASA)的一场发布会。一位白发苍苍的NASA负责人笑着说:“实验做了18年,现在第一次公布报告,我只能说,它教会我们,耐心是一种美德。”

  从1995年开始,丁肇中正式开展阿尔法磁谱仪项目实验。那时候,他早已在物理学界提出颠覆性的发现了。1974年,他在实验中发现了J粒子。此前,科学家相信宇宙是由3种最基本粒子构成的,可丁肇中的发现提出了第4种可能。他本可以当时就公布结果,但丁肇中坚持反复核查每一步实验,一直到两年后,另一个实验室也得出了同样的结论。1976年,丁肇中和另一位物理学家被共同授予当年的诺贝尔物理学奖。

  “拿到诺贝尔奖的时候我有点吃惊。正常情况下,评委会总得让你等上20多年才会颁奖给你,但是我的工作才完成1年多他们就给了奖。”丁肇中开玩笑说,“我想他们一定是被兴奋冲昏了头脑。”

  于是,丁肇中把他的诺贝尔奖证书和奖章、J粒子原始数据资料手稿、用小楷书写的中文获奖感言,连同去斯德哥尔摩领奖的飞机票,一同锁在一个不起眼的小铁箱里,放在他摆放实验工具和仪器的房间,继续寻找暗物质的实验。

  不过,这个实验就像他喜欢的寻找J粒子实验一样困难。用他自己常常打的比方说,他喜欢的那类实验就像是“站在一场大暴雨里,寻找大雨中与众不同的一粒雨滴”。

  “去寻找你已经知道的东西,是一件很没劲的事情。”丁肇中说。

责任编辑: 豆豆
三项金融改革加快推进 或释放最大红利
随着利率市场化改革进一步推进、人民币汇率进入均衡区间、人民币资本项目可兑换改革的进一步深化,以及存款保险制度的建立和实施,中国经济正步入对外开放的转型期。
大公资讯 中国 军事 言论 图片 财经 产经 金融 汽车 娱乐 明星 生活 科技 书画 报纸 香港在线 国际 社会 教育 副刊 食品 会展 宏观 体育 健康 女人 人物 历史 专题