寻找“镜面世界”计划延缓

李　杨

尽管《科学》杂志报道称，丁肇中领导的太空磁谱仪可能错失搭载航天飞机进入太空的机会，但一位深度参与该项目的科学家说“一切还是问号”

“参与这个项目的科学家依然按部就班地在工作。”

早在3月中旬，一条有关华裔著名科学家丁肇中、以及其麾下成千上万科学家的新闻就在权威杂志《科学》上被报道：美国宇航局宣布，航天飞机已经没有空间用来搭载阿尔法磁谱仪了。

但现在，参与这项实验的中国科学家、中国科学院电工研究所超导磁体科学技术研究中心主任王秋良却持相对乐观的态度。他向本刊透露，目前一切仍在按原计划进行。各参与国的研究小组将在今年底把各自负责的部分送到位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心进行测试和组装，并将于2008年底运到美国佛罗里达州肯尼迪航天中心，等待航天飞机的发射。

阿尔法磁谱仪是丁肇中领导的一项大型实验——“国际太空反物质探索计划”——的核心仪器。这项有自全球16个国家和地区的共同参与、价值15亿美元的实验，旨在太空中搜寻反物质、暗物质和暗能量。

丁肇中领导的这个实验被认为是本世纪初太空高能物理领域最重要的研究计划。澳大利亚广播公司的报道称，由于预算紧张和航天飞机2010年退休的最后期限，阿尔法磁谱仪可能再次错失搭载航天飞机进入太空的机会。目前，航天飞机剩余的日程安排已经排满，光运送建设国际空间站所需要的桁架、能量模块和实验室就已经非常紧张。

寻找反物质组成的世界

大爆炸学说认为，我们现在的宇宙是从约137亿年前一个极小的点爆炸而来的，大爆炸产生了大量能量。由于能量与物质可以相互转化，大量的能量转化成正物质和反物质。

按照这种理论，宇宙大爆炸时物质和反物质的数量是相等的，因此应该存在一个反物质组成的、与我们的世界相对应的“镜面世界”——但这个世界不能与我们的世界相遭遇，否则两个世界将相互碰撞后全部湮灭而变成能量。

尽管反物质早就在实验室制造出来，“但在过去的80年中，天文学家使用各种望远镜观测太空，都没能找到反物质世界存在的有力证据。”中科院国家天文台研究员李竞告诉本刊。于是，天文学家提出了一个自圆其说的说法，那就是起初的宇宙物质和反物质都存在，但正物质比反物质要多。所有的反物质和正物质相遇后化作能量湮灭掉了，只剩下多余的正物质，就是现在的宇宙。

但包括丁肇中在内的很多物理学家依然笃信“反物质宇宙”的存在。

为了进一步探索反物质之谜，科学家通过两种途径探索反物质的存在：一是在自然界中寻找反物质，研究反物质的自然状态；二是在实验室中制造反物质，从更多的角度研究反物质。

1995年欧洲核子研究中心的科学家在世界上制成了第一批反物质——反氢原子。1996年，美国费米国立加速器实验室成功制造了7个反氢原子。此后，在实验室中制造反物质的工作受到很多科学家的高度重视。2000年9月，在世界各地9个研究所、39名科学家通力合作下，欧洲核子研究中心成功制造出约5万个低能量状态的反氢原子。这是人类首次在受控条件下大批量制造反物质。参与研究的科学家说，这是反物质研究的“一个重要里程碑”。

1997年4月，一个重要的发现把科学家寻找反物质的目光投向浩瀚的宇宙。美国海军研究实验室、西北大学和加州大学伯克利分校等五个著名研究机构的科学家利用伽马射线探测卫星发现，在银河系上方约3500光年处有一个不断喷射反物质的反物质源。它喷射出的反物质在宇宙中形成了一个高达2940光年的“喷泉”。

科学家之所以认为那是反物质“喷泉”，是因为正反物质相遇可释放出巨大的能量和比普通可见光强25万倍的伽马射线，但这毕竟是一个间接证据。为了“面对面”地研究反物质，科学家想到直接“捕捉”反物质。在地面，由于大气干扰，几乎不可能“捕捉”到反物质，因此科学家把目光投向了太空。

两代磁谱仪

1998年6月3日，由丁肇中领导的第一代阿尔法磁谱仪由美国“发现”号航天飞机送上太空。丁肇中在2006年9月16日举行的中国科协年会上说，“阿尔法磁谱仪-01号”在太空飞行了10天，发现了外太空中许多从未了解和想象不到的现象。例如：在靠近赤道的地区，正电子(与电子对应的反物质)的数量为电子的4倍。

然而，仅仅10天的探测是远远不够的。为了获取更多、更有效的数据，科学家需要更大范围、更长时间的搜索。于是，丁肇中和他合作团队又开始了新一轮的工作——“阿尔法磁谱仪-02项目”。《科学》杂志报道无法如期上太空的正是“阿尔法磁谱仪-02号”。

王秋良向本刊介绍了磁谱仪的工作原理。他说，磁铁使不同的带电粒子有不同的偏转方向，可以把正反物质分开。具体说就是，物质和反物质最大的不同在于电荷相反，将两者放置在磁场里，当正电荷向左转时，负电荷则向右转。如果探测器传回地球的信息中显示正常轨迹出现了不同的物质，则试验的目的就达到了。

和1998年进行的第一次太空反物质实验相比，“阿尔法磁谱仪-02号”有两点不同：一是磁谱仪工作时间长，从第一次的10天延长到计划中的3年，收集的数据将大大增加；二是作为核心部件，磁谱仪中原来的永磁体将被超导磁铁所替代。超导比永磁的磁场要提高8到9倍。

丁肇中曾在去年的科协年会上介绍，01号用来掌握磁体在太空运作的基本技术；02号将用于寻找反物质的存在。02号有30万个数据读出系统，650个微处理机，零下271度的超导磁铁，其所有仪器均无任何经验可借鉴，没有任何以前的资料和数据可以参考。

可能再度延期

事实上，“阿尔法磁谱仪-02号”已不是第一次推迟发射了。王秋良说，它原计划准备2005年发射。但美国航天飞机因事故削减了飞行架次，很多太空实验项目因此被砍掉。幸运的是，“阿尔法磁光仪-02号”的项目一直被保留着，但到底什么时候发射却没有确定下来。为争取时间，丁肇中曾试图请欧洲宇航局、俄罗斯宇航局帮助发射，但均未达成协议。

王秋良说，丁肇中也曾设想把“阿尔法磁谱仪-02号”拿到中国发射。具体做法是，先用火箭以发射卫星的方式把磁谱仪送上太空，再用俄罗斯的空间对接技术把磁谱仪吊到国际空间站上。01号磁谱仪的磁铁是永磁的，总重只有3.5吨；但02号是超导装置，重达7吨，中国的火箭需要加大运载量才能实施，这样要支付高昂的费用。

为了说服美国方面承担把磁谱仪送入太空的国际义务，2006年9月，丁肇中组织了一个有各国科学家参与的展示活动。这以后美国宇航局同意承担发射任务，并计划在2008年底实施。

据悉，美国宇航局目前仍在资助太空磁谱仪的整合工作。磁谱仪项目主管马克•希思黎说：“我必须听从局长的指导，他告诉我说要继续进行下去。但你无法预知航天飞机的载运清单会发生什么样的变化。”至于磁谱仪能否如期上天，一位深度参与该项目的科学家说，“一切还是问号”。

也许有人要问，为什么要如此费力地去寻找反物质，意义何在？丁肇中曾经在北京国际会议中心举行的一次报告中说，其根本目的就是为了更深刻地了解、认识这个宇宙。“也许我们会发现意想不到的东西，但与原先想研究的东西毫无关系。”后来他又如此强调。

其实，一项重大科学突破问世时，是很难估量它的应用前景的。曾有一位贵妇人质问电的发现者法拉弟：“电有什么用？”法拉弟反问道：“新生的婴儿有什么用呢？”