明年底航天飛機將最后一次升空，它還肩負著丁肇中委托的一項重任：把搜尋反物質(zhì)星系的阿爾法磁譜儀送上國際空間站。它被稱作人類有史以來最昂貴的實驗，也許是人類這幾十年探索宇宙另一面的最后機會。

在航天經(jīng)費緊縮的今天，不知有沒有人想到1994年的好日子，那時國際空間站項目剛獲批準(zhǔn)，NASA的局長戈爾丁(Daniel S.Goldin)正在為它尋找一些“出位”的科學(xué)想法。有人告訴他，諾貝爾獎得主丁肇中有意在太空中放一塊磁鐵來探測來自其他星球的反物質(zhì)。聽到這個消息后，戈爾丁說：“好，這個人在哪兒?我要立刻見他?！?/p>

丁肇中和戈爾丁的協(xié)議結(jié)果，就是阿爾法磁譜儀(AMS)。1998年6月2日，AMS的原型機AMS-01搭乘“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機發(fā)射升空。它有一個面包圈形的磁鐵，收集了穿過磁鐵粒子的數(shù)據(jù)，同時地面控制中心也演練并且熟悉了操作命令和數(shù)據(jù)界面，測量了實驗的背景值并且驗證了AMS的熱模型。這次太空之旅為期只有10天，最大的目的是為下一次飛行打下基礎(chǔ)。

事情并不順利，2005年，運送AMS的航天飛機飛行計劃被取消。自從“哥倫比亞號”2003年失事，航天飛機直到兩年多后才復(fù)飛，此后幾乎所有的飛行任務(wù)都是為了完成國際空間站的建設(shè)，而整個機群按計劃要在2010年退役，來不及送AMS上天了。

但現(xiàn)在籠罩在AMS上的陰霾似乎都消失了，新的AMS-02將在日內(nèi)瓦完成最終的組裝，并且預(yù)計會在2009年底運抵位于美國佛羅里達的肯尼迪航天中心。據(jù)NASA的AMS12網(wǎng)站公布，其發(fā)射時間目前暫定為2010年7月29日。

丁肇中強勢催生AMS

14年來，AMS耗資達15億美元，被《紐約時報》稱為是“有史以來最昂貴的科學(xué)實驗之一”。AMS的背后有來自16個國家56個研究機構(gòu)的500人團隊。盛放重達7噸的AMS的“桌子”足可以停下一輛小型公共汽車。其086特斯拉的超強磁場是太陽黑子的5倍、地球磁場的17000倍。如果AMS不花一半的能量來抵消超出其自身范圍的磁場，那么要不了多久國際空間站的姿態(tài)就會無法保持靜止。

丁肇中的強勢保證了實驗的最終落實。1976年丁肇中因為“通過仔細地實驗證明了當(dāng)時已知的3種夸克還不夠，存在第4種夸克”獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。他自己說，當(dāng)實驗和理論之間不相符的時候才是最有價值的，“物理學(xué)的進步是建立在你摧毀其他人的認識之上的”。

隨著丁肇中的聲名鵲起，他實驗的規(guī)模也開始“水漲船高”。1983年，丁肇中領(lǐng)導(dǎo)著當(dāng)時世界上最大的物理學(xué)合作項目——位于歐洲核子中心大型電子一正電子對撞機(LEP)上探索電子和夸克本質(zhì)的L3實驗。大約有500名物理學(xué)家參加了L3實驗，其所雇傭的人數(shù)超過了大型電子一正電子對撞機上的任何一個其它實驗。

丁肇中的領(lǐng)導(dǎo)風(fēng)格并不是完全民主的，但這使得他可以快速、果斷地實現(xiàn)目標(biāo)。丁肇中曾經(jīng)要求美國能源部升級大型電子一正電子對撞機實驗，但美國能源部拒絕了他的要求。當(dāng)時丁肇中站了起來說：“我拒絕你們的拒絕?！?/p>

但丁肇中建造更大型實驗的想法還是遭到了反對。涉及13個國家9。個研究機構(gòu)1000名科學(xué)家的超導(dǎo)超級對撞機(SSc)由于“內(nèi)部問題”在1991年宣告“破產(chǎn)”。緊接著，歐洲核子中心也拒絕了丁肇中將L3實驗放到大型強子對撞機上的提案。這迫使丁肇中和他的緊密合作者不得不開始考慮一些更小型、更簡單的實驗。在L3工作間隙的一次咖啡時間中，AMS的想法誕生了。最初的想法是一個參與人數(shù)不超過100人，可以放在一張桌子上的實驗。

尋找另一個宇宙

AMS尋求的是粒子物理學(xué)中一個尚未被解決問題的答案：為什么我們的宇宙絕大部分是由物質(zhì)而不是反物質(zhì)組成的?在宇宙大爆炸誕生的過程中，似乎存在一種神秘的機制，使得物質(zhì)受到垂青而反物質(zhì)則被打入了冷宮。

我們的世界是物質(zhì)的世界，物質(zhì)和反物質(zhì)相遇的時候就會湮滅變成光子，但如果在早期宇宙中有一些反物質(zhì)躲過了這場“肅清”運動，那么也許時至今日宇宙中還留有這些大爆炸的遺孤。證據(jù)就是找到反氦原子核，大爆炸以來任何已知的過程都無法產(chǎn)生它。如果有一個反氦原子核從AMS中央穿過了過去，那么它在強磁場作用下的彎曲軌跡，就能立刻揭示出它的質(zhì)量和電荷，讓人們認出它。

反物質(zhì)從外表看上去和物質(zhì)沒有什么區(qū)別，因此天文學(xué)家無法僅僅通過觀測來區(qū)分某顆恒星乃至某個星系是否由反物質(zhì)組成的。只有AMS能做到這一點。假設(shè)反氦核的特殊軌跡最終出現(xiàn)在了AMS的數(shù)據(jù)中，這無疑將會是革命性的發(fā)現(xiàn)。因為這是一個信號，這個信號預(yù)示著在宇宙中的某個地方還有反物質(zhì)星系、反物質(zhì)恒星、反物質(zhì)行星乃至反物質(zhì)生命的存在。1998年的AMS-01探測到了數(shù)百萬個氦核，但是沒有反氦核。

除了搜尋反物質(zhì)星系，AMS還將檢驗暗物質(zhì)的主流理論。在標(biāo)準(zhǔn)的宇宙學(xué)模型中，宇宙物質(zhì)的絕大多數(shù)是由暗物質(zhì)構(gòu)成的，它們占了宇宙物質(zhì)的89％，但它們的性質(zhì)至今未知。組成恒星、行星以及你我的質(zhì)子、電子和中子則占據(jù)了宇宙物質(zhì)的其余部分，它們和暗物質(zhì)之間僅僅通過引力發(fā)生相互作用。此外，AMS還將尋找奇異物質(zhì)，它們是由奇異夸克組成的超大質(zhì)量物質(zhì)。更好的了解奇異物質(zhì)，將幫助科學(xué)家研究微類星體和微型原初黑洞的蒸發(fā)，并且可以證明宇宙之初是否存在過小型黑洞。

“AMS使得我們第一次能以非常高的精度來測量超高能宇宙線，”丁肇中說。(999年使用AMS-01的觀測數(shù)據(jù)，給出了宇宙中反氦核和氦核流量之比的上限為100萬分之1，而AMS-02的靈敏度則能達到10億分之1，比先前的高出了1000倍。如果AMS-02最終沒有探測到反氦核，那么這就說明在10億秒差距(1秒差距·3.26光年)的范圍內(nèi)不存在反物質(zhì)星系，這基本上已經(jīng)這到了可觀測宇宙的邊緣。但是強大的探測能力能否實現(xiàn)，資金還是最大的問題。

飛往空間站的機翼

丁肇中本人的巨大影響力，以及他長期以來領(lǐng)導(dǎo)著的龐大粒子物理合作團隊使得AMS絕處逢生。2008年的美國總統(tǒng)大選中甚至也打起了AMS牌，額外的一次航天飛機飛行給了美國佛羅里達州選民新的希望，因為航天飛機停飛就意味著許多人要為此失業(yè)。兩個總統(tǒng)候選人都為此做出了承諾，意大利外交部長甚至專門為此和當(dāng)時的美國國務(wù)卿賴斯打了招呼。2008年5月，美國國會為AMS撥款批準(zhǔn)了一次最后的額外飛行，任務(wù)編號為STS-134。

航天飛機將把AMS帶到國際空間站，和原型機AMS-01不同，它必須依賴國際空間站的強大電力。丁肇中經(jīng)常把AMS和高能粒子加速器相比較，AMS探測的粒子能量還要更高好幾個數(shù)量級。地上的加速器會使用整個城市規(guī)模的耗電量來“制造”粒子，通過碰撞“碾碎”粒子來了解粒子本身；AMS則通過探測來自深空的高能粒子來了解宇宙。世界上最強大的加速器，大型強子對撞機(LHC)中的粒子碰撞時的能量可達7萬億電子伏特，與之相比，宇宙射線的能量則高達1萬億億電子伏特或者更高。

對宇宙射線的探測需要強大的電力，這正是AMS鐘情國際空間站而非普通衛(wèi)星的原因之一。AMS和加速器一樣都會使用強磁場來偏折粒子的運動軌跡，并且用傳感器來跟蹤粒子的軌跡。這些傳感器會產(chǎn)生好幾萬億字節(jié)的數(shù)據(jù)，超級計算機根據(jù)這些數(shù)據(jù)來計算每個粒子的質(zhì)量、能量和電性。AMS產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量過大，無法傳回地球，只能在軌道上用自身由650個中央處理器組成的超級計算機處理。這臺超級計算機的耗能為2.5千瓦，遠遠超過了普通的人造衛(wèi)星太陽能板所能提供的電力，但卻在國際空間站100千瓦電力供應(yīng)的范圍之內(nèi)。一旦被安裝到國際空間站上之后，AMS-02預(yù)期可以工作3—5年。

還有其他的儀器也在做著同樣的事情，例如意大利在人造衛(wèi)星上所進行的反物質(zhì)探測和輕核天體物理載荷(PAME-LA)實驗。它也搜尋了宇宙中的反氦核，但精度尚不足說明問題。PAMELA已經(jīng)上天，AMS-02還“躺”在家里。隨著時間的臨近，AMS即將迎來它“最后的戰(zhàn)役”，丁肇中和粒子物理學(xué)家們的傾力一搏也將見到分曉。