丁肇中：尋找暗物質

李斐然

18年來第一份答卷

2013年4月3日，英國廣播公司（BBC）的主播在新聞中突然插播：“最新消息，科學家似乎發現了暗物質？”

就在這天，美籍華裔物理學家丁肇中在歐洲核子研究中心（CERN）公開發布研究成果。“我們發現了40萬個正電子。”丁肇中慢悠悠地說，他列舉了可以支撐它們來源于暗物質的理由，又一字一頓地補充說，“可是沒有完全的證據。”

丁肇中從1994年開始尋找暗物質，到現在已經做了18年，而這還是他第一次公開發布結果。要知道，這位從不輕易發表研究成果的科學家上一次公布的研究成果，獲得了諾貝爾物理學獎。

新聞發布會上，這位77歲的物理學家不慌不忙地回答來自世界各地記者們的問題，而在他背后的實驗室里，其他工作人員一如既往地守在電腦前，繼續處理那些還未完成的數據。

究竟什么是暗物質

并不是每個人都能立刻明白丁肇中的實驗。英國媒體第二天發表的文章開頭說：“你覺得‘上帝粒子’晦澀難懂是嗎？那試試暗物質吧！”

從1994年著手尋找暗物質的實驗起，丁肇中就一遍又一遍地解釋“暗物質”這個詞的意思——暗物質是指目前在宇宙中人類看不見的物質。在宇宙中，暗物質占據了大約27%的份額，而我們通常所能觀測到的普通物質只占宇宙質量的5%。

“我們對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。”丁肇中對媒體說。

老偵探在尋找證據

丁肇中做了18年的實驗，建造了重達7.5噸的阿爾法磁譜儀，邀請了來自16個國家和地區、54個研究機構的近600名研究人員參與其中。他計劃，在未來20年內，在距離地球近400公里的國際空間站上，阿爾法磁譜儀將收集到3000億個數據。

究竟有沒有暗物質？人們期待著丁肇中團隊的答案。在丁肇中的帶領下，這個團隊凡事都能說出個準數來。作為丁肇中團隊的一部分，山東大學能源與動力工程學院教授程林所帶領的團隊負責阿爾法磁譜儀（AMS）的熱控制系統。程林能細數他所負責的熱系統里面的32426個零件，而丁肇中就連日常生活也都記錄在精確的數字里——從辦公室回家的車程在15-17分鐘之間，他家門口有兩排松樹，一共67棵……

2013年4月3日，在日內瓦的實驗室里，丁肇中第一次向全世界公布了阿爾法磁譜儀項目的實驗數據結果——阿爾法磁譜儀在太空實際運轉中探測到40萬個正電子；比例上升是平衡的，沒有出現峰值；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，可是沒有完全的證據。”他說。

這個結果讓守著新聞苦等的物理學家們一時語塞，美國加州理工學院物理學家西恩·卡羅爾干脆稱這個結果是“叫人干著急的證據”。也有科學家說“只是有可能尋找到暗物質”。對此，中科院高能物理所研究員陳國明解釋說，現在科學家們還不能夠確定新發現的正電子來源肯定是暗物質，因為有一些脈沖星也有可能為地球帶來正電子。“這就需要粒子物理學家、特別是理論物理學家研究并正確說明這些正電子的來源。”

“我只能這么說，我的責任是打開一個門，用精密的儀器去測量，我最主要的是要保證一切是正確的，不要出錯。”丁肇中說。此前包括美國費米望遠鏡等項目都曾觀察到過正電子現象，但數據誤差很大，而阿爾法磁譜儀的誤差只有1%，“相當于肉眼和精密顯微鏡的區別”。

“一個快80歲的老偵探尋找證據，這就是丁肇中的故事，我們快要聽到這個故事的大結局了。”美國芝加哥大學物理學家邁克爾·特納是暗物質理論研究領域的泰斗，他對媒體說，“雖然現在偵探手里是個讓人著急的線索，但是接下來更多的答案，將幫我們寫完這個偵探故事。”

在日內瓦，丁肇中也對記者說，阿爾法磁譜儀目前運轉良好，所以，“在接下來的幾個月里，它提供的數據將告訴我們，這些正電子究竟是暗物質存在的證據，還是有其他來源”。

耐心是一種美德

歐洲核子研究中心的發布會之后，丁肇中通過視頻連線，參加了在美國國家航空航天局（NASA）的一場發布會。一位白發蒼蒼的NASA負責人笑著說：“實驗做了18年，現在第一次公布報告，我只能說，它教會我們，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目實驗。那時候，他早已在物理學界提出顛覆性的發現了。1974年，他在實驗中發現了J粒子。此前，科學家們相信宇宙是由3種最基本粒子構成的，可丁肇中的發現提出了第4種可能。他本可以當時就公布結果，但丁肇中堅持反復核查每一步實驗，直到兩年后，另一個實驗室也得出了同樣的結論。1976年，丁肇中和另一位物理學家被共同授予當年的諾貝爾物理學獎。

丁肇中把他的諾貝爾獎證書和獎章、J粒子原始數據資料手稿、用小楷書寫的中文獲獎感言，連同去斯德哥爾摩領獎的飛機票，一同鎖在一個不起眼的小鐵箱里，放在他擺放實驗工具和儀器的房間，繼續尋找暗物質的實驗。

不過，這個實驗就像他喜歡的尋找J粒子實驗一樣困難。用他自己常常打的比方說，他喜歡的那類實驗就像是“站在一場大暴雨里，尋找大雨中與眾不同的一粒雨滴”。

“去尋找你已經知道的東西，是一件很沒勁的事情。”丁肇中說。他設計出尋找暗物質的方法——到太空去做實驗。

把儀器送到天上去，這是個科學上的好主意，卻讓負責拍板的美國政客們直皺眉頭，其中一個重要原因是——太貴了。“我的每一個實驗，都經歷了許多的反對。但是，做實驗物理，不能因為絕大多數人反對，你就不做。物理學的進步，就是推翻所有人已知的東西而來的。”丁肇中說。

終于，丁肇中打動了國會，也得到了政府的支持。2009年奧巴馬政府上任后的第3天，NASA就宣布了運送阿爾法磁譜儀的航天飛機的班期。2011年5月16日，美國“奮進”號航天飛機執行最后一次任務，將阿爾法磁譜儀送至國際空間站。這果然不是一次便宜的旅行，耗資5億美元。

丁肇中的堅持讓他在美國媒體中獲得了“鋼鐵般意志”的評語。

最重要的責任是不能有錯

“我想今后50年里，不可能有人再做這么大、這么困難的實驗了。所以我跟我們所有的科學家說，最重要的責任是不能有錯，因為出錯以后，沒辦法讓人來檢查和校對。”丁肇中對親赴日內瓦采訪的北京科技視頻網記者說，“所以我總是對自己說，最好檢查一遍，再檢查一遍。”

一個美國記者問他，為什么要堅持尋找一個不見得存在的東西？這件事情為什么這么重要？已經獲得了一次諾貝爾獎，還要拿第二次嗎？

“諾貝爾獎現在已經有個不成文的傳統，一個人不會兩次獲獎，所以我不必擔心。”丁肇中說，“我拿諾貝爾獎的時候還比較年輕，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驗，別的事情都沒有興趣。我只是想滿足好奇心，而為名為利學物理是很危險的事。”

于是，在日內瓦的新聞發布會上，丁肇中拒絕回答一切跟“猜測”有關的問題。有關暗物質是不是存在，什么時候能發現暗物質，還看到了哪些初步數據，他都緘口不言，著急的人們只好問他，你什么時候能知道答案呢？

“應該會很慢吧。”丁肇中笑著回答道，用他招牌式的慢悠悠的語調。