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丁肇中談空間實驗:“做實驗,第一你不能討論的是要多少錢”

在日內瓦當地時間12月8日,作為項目負責人,丁肇中在歐洲核子中心公布了“阿爾法磁譜儀2”升空五年后的“成績單”。
9天后,丁肇中現身復旦大學,再次報告“五年成績單”?,F場,座無虛席,每個過道里都席地坐滿了學生。在報告開始前1小時,報告廳的兩個大門前已經排起了長龍。

阿爾法磁譜儀是首個在太空中進行的大型精密物理實驗,由16個國家、56個研究機構的科研人員合作。
一項太空中的大型物理實驗耗資巨大。據《自然》雜志報道,阿爾法磁譜儀的造價約為20億美元。在還未開建前,有漫畫調侃阿爾法磁譜儀的造價:“我們剛剛才了解,把錢直接送到天上,也比制造AMS便宜”。提到AMS制造費用的問題,丁肇中說:“做這個實驗,第一你不能討論的是要多少錢”。
美國宇航局曾因為造價太高而猶豫不決,但在丁肇中的說服下,2008年,美國參議院和眾議院全體通過相關法律,要求美國政府為AMS增加一班航天飛機。
搭載航天飛機上天后,阿爾法磁譜儀固定在國際空間站上。國際空間站長109米,重420噸,距離地面400公里,每93分鐘繞地球一周。截至目前,阿爾法磁譜儀已經晝夜不休地工作5年多,測試了超過900億個宇宙射線事件。
發現暗物質和反物質是AMS實驗的兩大科學目標,也是物理學家目前尚未掌握的兩大科學謎題。
丁肇中介紹,AMS測試到的正電子和反質子實驗結果和暗物質的理論都相符合,但是要完全證明、找到暗物質還需要等到2024年,排除來自脈沖星的可能。在反物質上,AMS探測到幾個電荷為-2、質量和氦3類似的事例,可能是反物質存在的證據,但仍需幾年時間進行驗證和分析。
為什么要做阿爾法磁譜儀實驗?丁肇中進行了詳細的解釋:“在宇宙中只有兩種宇宙線在空間中穿行,一種是中性粒子宇宙線,也就是光和中微子,可以通過衛星和地面實驗室來測量。還有一種是帶電粒子宇宙線,因為帶電所以有質量,穿過地球大氣層(相當于10米的水)時,就被吸收了。所以在地面上,不能測量帶電宇宙線的電荷、質量和特性。AMS是在太空中直接測量帶電宇宙線特性的實驗?!?/p>
從1994年丁肇中有了AMS的設想,到2011年AMS最終由美國宇航局“奮進號”航天飛機運載至國際空間站,AMS的落地實施整整耗去17年。
研發出AMS是破零的過程。不管是它的穿越輻射探測器、硅微條探測器、電磁能量探測器,還是磁鐵、飛機時間計數器、環形切倫科夫計數器,無一不是“前無古人”的新技術。
“我們組沒有一個人做過天上的實驗。所以很多人認為我們是絕對不會成功的?!?順利進行AMS實驗至今,回頭來看,丁肇中覺得:“經驗對實驗物理學家來說意義不大?!?/p>
時隔5年,丁肇中記得很清楚AMS上天前自己所經歷的緊張?!芭R起飛前幾天,我要求所有人讓我單獨想一想。因為有16個國家一起做,每個儀器都決定了參數。我再想一想,到底有沒有什么錯誤。有錯誤的話,再困難也不能讓它起飛。因為起飛之后就沒有辦法了?!倍≌刂姓故玖艘粡垖λ麃碚f很重要的照片。這張照片攝于2011年5月阿爾法磁譜儀搭乘 “奮進號”上天前,丁肇中穿著實驗服,坐在阿爾法磁譜儀旁邊。

阿爾法磁譜儀測量的精確度是1%,這比當時美國宇航局的要求高一個數量級。丁肇中介紹,這樣的精度在粒子物理實驗上很難做到,在太空中更困難?!暗乙庾R到未來二三十年都不太可能再放一個大磁譜儀到天上。”丁肇中說,“誤差到1%時,每個人的判斷力是不一樣的。”
為了讓這份也許二三十年內都無法改變的數據得到盡可能精確的判斷,測試結果出來后,每周五早上11點,來自德國、西班牙、意大利、美國的四個組會聚在辦公室討論,分析不同的意見。
“我個人認為,AMS最重要的結果是,探索到自然界中存在的、但我們無法想象的、前所未有的現象?!倍≌刂姓f。這些無法想象的“未知”將可能幫助我們破解物質世界的謎題,知曉宇宙誕生之初的故事。





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