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丁肇中:我对宇宙探索的好奇心
  新华网 ( 2018-01-11 07:26:45 ) 来源: 《环球》杂志
 

    获得诺贝尔奖后许多年,丁肇中一直没有停下科学探索的脚步。他对此解释说:“我幸运获诺贝尔奖。也正因为这份幸运,我一直保持好奇心。年龄不是问题,我每天忙着工作,没有时间去理会年龄。”

《环球》杂志记者/高路 刘立伟(发自休斯敦)

  美国国家航空航天局(NASA)不久前在休斯敦约翰逊航天中心举行纪录片《为飞行而战》首映式,反映阿尔法磁谱仪一波三折并最终进入太空的历程,以此向力挽狂澜的美籍华裔科学家、诺贝尔奖得主丁肇中致敬。

  82岁的丁肇中祖籍山东省日照市,现任美国麻省理工学院教授、美国国家科学院院士及中国科学院外籍院士,曾因发现J粒子获得1976年诺贝尔物理学奖。

  在休斯敦约翰逊航天中心接受《环球》杂志记者专访时,丁肇中说,“把阿尔法磁谱仪送上太空,是出于自己挥之不去的好奇心,希望借此找到暗物质和反物质的线索。”

所有贡献者都不应被埋没

  丁肇中在繁忙的日程安排中,挤出早餐时间接受了《环球》杂志记者的专访。他身材依旧高大,说话条理清晰。在一个半小时的采访中,大部分时间是丁肇中如数家珍般细说他的宝贝——阿尔法磁谱仪。这个体积为60立方米的大家伙已经在距离地面400公里的国际空间站上运行了6年多,超出设计寿命一倍,为丁肇中团队带来一系列惊喜。

  阿尔法磁谱仪项目是首次由美国、中国和俄罗斯等16个国家和地区共同参与的空间领域合作项目,涉及世界各地60所大学和研究所,参与人数多达600人。

  丁肇中跟中国科学家合作始于1977年。他说:“当时邓小平请我吃饭,建议每年派10位科学家参加我的工作。从那时至今,一直有中国科学家参加我的团队,并做出了世界公认的贡献。”

  阿尔法磁谱仪核心部件是永磁体,由中国科学院电工所制造,中国航天一院负责组装和测试。丁肇中说:“中国内蒙古有世界上最好的生产永磁体的材料。中方合作单位制造的永磁体由4000块小磁体组成。我们找到了一种方法,克服了永磁体在太空使用的困难,中国高能所和麻省理工学院都有重要贡献。”

  阿尔法磁谱仪项目是首次在太空中进行的大型精密物理实验。丁肇中强调这是一个国际合作项目,所有贡献者都不应被埋没。他还感谢中山大学、东南大学和山东大学等机构研究人员在硅微条探测器等方面做出的重要贡献。丁肇中说:“有上百名中国科学家参与这个实验项目。”

力挽狂澜

  受两次航天飞机失事影响,同时因为经费紧张,NASA曾于10年前决定取消航天飞机飞行,因此阿尔法磁谱仪项目面临叫停的风险。紧急关头,丁肇中在国会听证会上力陈探索宇宙起源的重要意义,最终说服参众两院于2008年全票通过相关议案,以法律形式支持他的研究计划,这在美国历史上相当罕见。NASA为此制作纪录片,留下这段浓墨重彩的历史片段。纪录片中一位关键人物是这样评价丁肇中的:他在说服你的同时,还会让你感觉很舒服。

  2010年8月,美国空军出动现役最大的C5战略运输机,专程将阿尔法磁谱仪从位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心运到美国佛罗里达州肯尼迪航天中心发射场。

  按相关法律要求,NASA特地为丁肇中增加一班航天飞机。2011年5月16日,载着6位宇航员的“奋进”号航天飞机最后一次执行任务,将阿尔法磁谱仪送上国际空间站。宇航员在空间站外侧安装完毕后,从太空向丁肇中作了详细报告。

  丁肇中说,在发射之前,他请大家都出去,一个人留在航天飞机载荷舱里,脑海中过电影般闪放所有环节和细节。“我参与了所有决策,不能有任何瑕疵,因为很难有第二次发射机会。”整整4个小时后,丁肇中走出来。回忆起当时的情景,他说,“我浑身发冷。有点害怕。”

  阿尔法磁谱仪在经受发射时的颠簸和太空极度温差考验后,已正常工作6年多,每天都有大量数据传回地面,由研究人员一天24小时实时处理。丁肇中说:“空间站每93分钟绕地球一周,每班6人,不间断监测和分析,没有节假日。”

寻找暗物质和反物质不停歇

  丁肇中介绍,阿尔法磁谱仪实验的第一个目的是寻找宇宙中暗物质来源。“宇宙中约有90%的物质是看不见的,称为暗物质。暗物质碰上暗物质,会发生湮灭现象,并产生正电子。当然,宇宙线与星际物质碰撞,也会产生正电子。”

  到现在为止,阿尔法磁谱仪已经收集到1000亿个宇宙射线,能量达到万亿电子伏,测量结果与暗物质模型符合。丁肇中说:“高能量区的正电子流强还需要更多数据,但是到2024年左右,一定会有相应测量结果。如果与暗物质模型符合,那么就可以说发现暗物质的可能性高达90%以上。”

  NASA每年用于国际空间站的费用为30亿~40亿美元,相关预算直至2024年底。因此,对丁肇中而言,2024年是一个关键时间节点。

  截至目前,阿尔法磁谱仪有几项测量结果尚无法解释,对现有理论提出挑战。例如,电子和正电子质量相同,在宇宙磁场中能量损失率相同,但却有不同的能谱;而正电子与质子和反质子质量不同,却显示出具有相同的能谱。此外,初级宇宙线与次级宇宙线具有不同的函数关系,这是个出乎预料的新物理结果。

  阿尔法磁谱仪另一个目标是寻找由反物质组成的宇宙。丁肇中解释说,如果宇宙起始于大爆炸,大爆炸之前是真空,那么大爆炸之后应该有相同数量的物质与反物质,这就是宇宙的对称性。“物质和反物质在大气中相互湮灭,所以在地面上不可能探测到反物质。”

  阿尔法磁谱仪探测到几个质量与氦-3相近而电荷为负2的事件,即反氦。理论物理学家普遍认为,对称性理论是错误的,因为宇宙中并不存在反物质。丁肇中说:“反氦的发现,推翻了过去50年人们对宇宙对称性的了解。”

  为了慎重起见,丁肇中没有急于正式公布反氦的发现,而是对探测器进行精确验证,以确保排除机器干扰的因素。丁肇中说:“我不着急,因为不会有人在几年之内能将一个类似的探测装置送上太空。谁会像我这样不计后果呢!”

  在诺贝尔奖颁奖典礼上发表感言时,丁肇中就表现出了敢想敢做的风格。他当时是用中文讲的。“美国驻瑞典大使为此找我谈过话。我当时对他说,中文是世界上最美的语言,我就是要让全世界都能听到。”

  获得诺贝尔奖后许多年,丁肇中一直没有停下科学探索的脚步。他对此解释说:“我幸运获诺贝尔奖。也正因为这份幸运,我一直保持好奇心。年龄不是问题,我每天忙着工作,没有时间去理会年龄。”

来源:2018年1月10日出版的《环球》杂志 第1期

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