尋找“鏡面世界”計劃延緩

李　楊

盡管《科學》雜志報道稱，丁肇中領導的太空磁譜儀可能錯失搭載航天飛機進入太空的機會，但一位深度參與該項目的科學家說“一切還是問號”

“參與這個項目的科學家依然按部就班地在工作。”

早在3月中旬，一條有關華裔著名科學家丁肇中、以及其麾下成千上萬科學家的新聞就在權威雜志《科學》上被報道：美國宇航局宣布，航天飛機已經沒有空間用來搭載阿爾法磁譜儀了。

但現在，參與這項實驗的中國科學家、中國科學院電工研究所超導磁體科學技術研究中心主任王秋良卻持相對樂觀的態度。他向本刊透露，目前一切仍在按原計劃進行。各參與國的研究小組將在今年底把各自負責的部分送到位于瑞士日內瓦的歐洲核子研究中心進行測試和組裝，并將于2008年底運到美國佛羅里達州肯尼迪航天中心，等待航天飛機的發射。

阿爾法磁譜儀是丁肇中領導的一項大型實驗——“國際太空反物質探索計劃”——的核心儀器。這項有自全球16個國家和地區的共同參與、價值15億美元的實驗，旨在太空中搜尋反物質、暗物質和暗能量。

丁肇中領導的這個實驗被認為是本世紀初太空高能物理領域最重要的研究計劃。澳大利亞廣播公司的報道稱，由于預算緊張和航天飛機2010年退休的最后期限，阿爾法磁譜儀可能再次錯失搭載航天飛機進入太空的機會。目前，航天飛機剩余的日程安排已經排滿，光運送建設國際空間站所需要的桁架、能量模塊和實驗室就已經非常緊張。

尋找反物質組成的世界

大爆炸學說認為，我們現在的宇宙是從約137億年前一個極小的點爆炸而來的，大爆炸產生了大量能量。由于能量與物質可以相互轉化，大量的能量轉化成正物質和反物質。

按照這種理論，宇宙大爆炸時物質和反物質的數量是相等的，因此應該存在一個反物質組成的、與我們的世界相對應的“鏡面世界”——但這個世界不能與我們的世界相遭遇，否則兩個世界將相互碰撞后全部湮滅而變成能量。

盡管反物質早就在實驗室制造出來，“但在過去的80年中，天文學家使用各種望遠鏡觀測太空，都沒能找到反物質世界存在的有力證據。”中科院國家天文臺研究員李競告訴本刊。于是，天文學家提出了一個自圓其說的說法，那就是起初的宇宙物質和反物質都存在，但正物質比反物質要多。所有的反物質和正物質相遇后化作能量湮滅掉了，只剩下多余的正物質，就是現在的宇宙。

但包括丁肇中在內的很多物理學家依然篤信“反物質宇宙”的存在。

為了進一步探索反物質之謎，科學家通過兩種途徑探索反物質的存在：一是在自然界中尋找反物質，研究反物質的自然狀態；二是在實驗室中制造反物質，從更多的角度研究反物質。

1995年歐洲核子研究中心的科學家在世界上制成了第一批反物質——反氫原子。1996年，美國費米國立加速器實驗室成功制造了7個反氫原子。此后，在實驗室中制造反物質的工作受到很多科學家的高度重視。2000年9月，在世界各地9個研究所、39名科學家通力合作下，歐洲核子研究中心成功制造出約5萬個低能量狀態的反氫原子。這是人類首次在受控條件下大批量制造反物質。參與研究的科學家說，這是反物質研究的“一個重要里程碑”。

1997年4月，一個重要的發現把科學家尋找反物質的目光投向浩瀚的宇宙。美國海軍研究實驗室、西北大學和加州大學伯克利分校等五個著名研究機構的科學家利用伽馬射線探測衛星發現，在銀河系上方約3500光年處有一個不斷噴射反物質的反物質源。它噴射出的反物質在宇宙中形成了一個高達2940光年的“噴泉”。

科學家之所以認為那是反物質“噴泉”，是因為正反物質相遇可釋放出巨大的能量和比普通可見光強25萬倍的伽馬射線，但這畢竟是一個間接證據。為了“面對面”地研究反物質，科學家想到直接“捕捉”反物質。在地面，由于大氣干擾，幾乎不可能“捕捉”到反物質，因此科學家把目光投向了太空。

兩代磁譜儀

1998年6月3日，由丁肇中領導的第一代阿爾法磁譜儀由美國“發現”號航天飛機送上太空。丁肇中在2006年9月16日舉行的中國科協年會上說，“阿爾法磁譜儀-01號”在太空飛行了10天，發現了外太空中許多從未了解和想象不到的現象。例如：在靠近赤道的地區，正電子(與電子對應的反物質)的數量為電子的4倍。

然而，僅僅10天的探測是遠遠不夠的。為了獲取更多、更有效的數據，科學家需要更大范圍、更長時間的搜索。于是，丁肇中和他合作團隊又開始了新一輪的工作——“阿爾法磁譜儀-02項目”。《科學》雜志報道無法如期上太空的正是“阿爾法磁譜儀-02號”。

王秋良向本刊介紹了磁譜儀的工作原理。他說，磁鐵使不同的帶電粒子有不同的偏轉方向，可以把正反物質分開。具體說就是，物質和反物質最大的不同在于電荷相反，將兩者放置在磁場里，當正電荷向左轉時，負電荷則向右轉。如果探測器傳回地球的信息中顯示正常軌跡出現了不同的物質，則試驗的目的就達到了。

和1998年進行的第一次太空反物質實驗相比，“阿爾法磁譜儀-02號”有兩點不同：一是磁譜儀工作時間長，從第一次的10天延長到計劃中的3年，收集的數據將大大增加；二是作為核心部件，磁譜儀中原來的永磁體將被超導磁鐵所替代。超導比永磁的磁場要提高8到9倍。

丁肇中曾在去年的科協年會上介紹，01號用來掌握磁體在太空運作的基本技術；02號將用于尋找反物質的存在。02號有30萬個數據讀出系統，650個微處理機，零下271度的超導磁鐵，其所有儀器均無任何經驗可借鑒，沒有任何以前的資料和數據可以參考。

可能再度延期

事實上，“阿爾法磁譜儀-02號”已不是第一次推遲發射了。王秋良說，它原計劃準備2005年發射。但美國航天飛機因事故削減了飛行架次，很多太空實驗項目因此被砍掉。幸運的是，“阿爾法磁光儀-02號”的項目一直被保留著，但到底什么時候發射卻沒有確定下來。為爭取時間，丁肇中曾試圖請歐洲宇航局、俄羅斯宇航局幫助發射，但均未達成協議。

王秋良說，丁肇中也曾設想把“阿爾法磁譜儀-02號”拿到中國發射。具體做法是，先用火箭以發射衛星的方式把磁譜儀送上太空，再用俄羅斯的空間對接技術把磁譜儀吊到國際空間站上。01號磁譜儀的磁鐵是永磁的，總重只有3.5噸；但02號是超導裝置，重達7噸，中國的火箭需要加大運載量才能實施，這樣要支付高昂的費用。

為了說服美國方面承擔把磁譜儀送入太空的國際義務，2006年9月，丁肇中組織了一個有各國科學家參與的展示活動。這以后美國宇航局同意承擔發射任務，并計劃在2008年底實施。

據悉，美國宇航局目前仍在資助太空磁譜儀的整合工作。磁譜儀項目主管馬克?希思黎說：“我必須聽從局長的指導，他告訴我說要繼續進行下去。但你無法預知航天飛機的載運清單會發生什么樣的變化。”至于磁譜儀能否如期上天，一位深度參與該項目的科學家說，“一切還是問號”。

也許有人要問，為什么要如此費力地去尋找反物質，意義何在？丁肇中曾經在北京國際會議中心舉行的一次報告中說，其根本目的就是為了更深刻地了解、認識這個宇宙。“也許我們會發現意想不到的東西，但與原先想研究的東西毫無關系。”后來他又如此強調。

其實，一項重大科學突破問世時，是很難估量它的應用前景的。曾有一位貴婦人質問電的發現者法拉弟：“電有什么用？”法拉弟反問道：“新生的嬰兒有什么用呢？”