任常进：抓住“暗物质”的中国人(图)

　　那时的他怎么也想不到，10 年前的灵机一动，会引发出2008 年震惊科学界的重大发现。

　　据常进介绍，“暗物质”本身很难被探测到，因为它们对自然界的绝大多数“力”拥有免疫力；因此，它们可以像幽灵一样穿过我们以及地球。

可喜的是，“暗物质”湮灭时产生的稳定粒子如电子、正电子、反质子和伽玛射线可以被观测到。这也就意味着，观测高能电子或伽玛射线，能反证“暗物质”的特性。

　　但观测宇宙高能电子也是一件非常困难的事情，因为它们的流量非常微弱。研究者只能借助高性能的设备，才有可能观测到。而高端探测器都造价昂贵，今年上半年，美国宇航局发射了大区域伽马射线空间望远镜，专门用来观测可能由“暗物质”撞击造成的伽马射线，造价高达6 亿美元。

　　一筹莫展的常进了解到，1997年，美国宇航局在南极成立了一个名为“ATIC”（ 注：Advanced Thin IonizationCalorimeter，先进薄电离量能器）的科考项目，用来观测宇宙线（一种来自宇宙中的具有相当大能量的带电粒子流）。和高能电子、高能伽马射线相比，宇宙线的流量要比它们大成百上千倍，也容易观测得多。

　　通过研究，常进和他的团队发现，“ATIC”其实还可以用来观测高能电子。于是，他们向美国科学家提出建议，把观测高能电子也增加到“ATIC”项目中。通过一年多的计算、实验，最终，美国科学家接受了常进的建议。1998 年，常进作为中国科学家加入这一项目组。

　　为什么选择南极作为观测场所？常进告诉记者，这跟南极独特的地理气候有关。“每年都有一个月左右的时间，风总是在南极上空盘旋。那段时间，如果我们放一个气球在南极上空，气球就会一直在南极上空盘旋，这就叫长周期气球。再加上南极彼时正是长白天，我们只需在探测器上装一个太阳能电池，就可以保证能源供给。”

　　从“超”到“暗物质”　　

　　2000 年底至2001 年初，经过改造后重达两吨的ATIC 观测设备在南极升空，并在离地面37公里的高空完成了人类对高能电子的首次成功观测。

　　此前，科学界普遍认为，高能电子来源于超新星遗迹，并建立了太阳系高能电子流量模型。但在ATIC 的第一次观测结果中，常进发现：高能电子流量在3000-8000 亿电子伏特能量区间远远超出了模型预计的流量。

　　难道说宇宙高能电子还有别的“起源”？或者是仪器出了问题？为解除疑惑，常进和他的团队花了一年多时间认真检查仪器，结果是：实验仪器一切正常。

　　2002 年底至2003 年初，常进他们用改进过的仪器再次做“长周期气球”实验。这次的飞行同样很顺利，并获得了更多翔实的数据。分析结果发现，第一次观测到的异常流量居然又出现了，也就是说高能电子的“超”确实存在。究竟怎么回事？“是什么产生了这个超”？当时，包括常进自己在内，课题小组的成员谁都没想到是“暗物质”。

　　为了进一步证实研究结果，此后的几年中，常进与他的合作者在不断改进设备和观测方法的基础上，又在南极进行了3次观测（其中1次因气球漏气失败），结果均与第一次观测吻合。

　　为了寻找隐藏在这个“异常”之后的真相，常进陷入到对庞杂数据无休无止的分析之中。研究中，首先是由美国宇航局收集数据，然后交由常进的团队进行数据分析。分析的过程相当枯燥繁琐，为了保证研究的准确性，常进和他的团队每隔几天就会聚在一起，大家围坐一圈，把自己负责的部分拿出了，你帮我改，我帮你核查。“对我而言，搞科研的过程中有的是乐子。如果没乐趣，做起来也就没有什么意思了，还不如天天炒股去呢。”

　　“休息？什么叫做休息？那些未解之谜整天在脑子里抓着你、挠着你，你根本想不到要休息。”此外，常进的夫人还经常发现，回到家里的常进仍然神情恍惚，嘴里嘀咕着一些听不懂的数字，可能突然之间就说想出了一个新的“idea”，然后马上跑到实验室编一个程序来演算。

　　经过近10 年无休无止的数据分析，常进终于发现了那些“超”的来源。从观测的数据中，他猛然间联想到了“暗物质”。世界上的物质都有反物质，当一个物质遇到一个反物质的时候，两者都会被摧毁，由此产生巨大的能量。但是暗物质非常独特，它的反物质就是其本身，如果两个暗物质粒子发生碰撞，那么就会产生稳定的粒子如电子、正电子、反质子、高能电子及伽玛射线。如果能够监测到暗物质粒子碰撞后产生的物质，如不明高能电子，这就间接证明有暗物质粒子，并可以研究其物理性质。

　　发现了这个秘密，常进立刻将其能谱流量与目前“暗物质”理论预言的粒子模型相验证，而验证的结果就是两者基本吻合。此外，这一数据也与欧洲、俄罗斯专门用于寻找“暗物质”粒子湮灭证据的磁谱仪探测器所得到的结果吻合。

　　一切都表明，这些不明高能电子将极有可能是暗物质粒子湮灭时所产生的“罪证”。　　

　　“暗物质”谜团　　

　　在现代天文学界和物理学界，有一个世纪之谜等待破解，这就是“暗物质”。“暗物质”的存在本身就是一种对人类习惯性认知的颠覆，对于它们的研究甚至会颠覆21世纪人类对宇宙的理解。

　　早在上世纪30 年代，天文学家弗里兹.扎维奇率先提出了“暗物质”的概念。但在那个年代，并没多少人愿意相信这种“怪谈”。上个世纪70 年代，天文学家鲁宾终于在扎维奇的基础上，论证了宇宙之中的确存在着这种神秘的物质。

　　目前，已知的人类可能抓住“暗物质”的手段总共有三种：其一是在加速器上创造出“暗物质”，并探测出来；其二叫做直接法，即在干扰源较小的地底深处，直接测量“暗物质”在探测器中留下的信号；第三种就是常进团队所尝试的寻找“暗物质”湮灭之后的证据。

　　在人类寻找“暗物质”的进程中，最引人注目的莫过于欧洲人历经10 年、耗资60 亿法郎建造的大型强子对撞机LHC。科学家们通过这一对撞机，再现一个迷你型宇宙大爆炸。而对撞后的结果之一就是产生出一组可能是“暗物质”的超级粒子。今年9 月，首次对撞实验失败，LHC 重新运作的时间表将延迟至2009 年。

　　2000 年，在意大利大萨索山脉附近的一个地下实验室工作的意大利科学家声称，已经用直接法探测到一个“暗物质”信号。但这一断言并未得到科学界的广泛认可。

　　如今，尝试“第三条道路”的常进团队，通过探测“暗物质”产生的可见物反推“暗物质”的特性，终于取得了突破性的发现。　　

　　“我不是一个占星师”　　

　　作为科学领域最热门的研究课题，有关“暗物质”的一切都会让研究者成为众人关注的焦点。

　　对于常进的发现，科学界存在不同的声音。美国科学院 Youself M. Butt 博士认为，“ATIC 实验的结果，有可能是因为目前的观测无法排斥特殊天体源，如脉冲星、微脉冲星、黑洞等造成的。”

　　美国费米国家实验室的著名学者Dan Hooper 博士则表示，“ATIC 实验的结果虽然可以有多种解释，但常进的‘暗物质’湮灭绝对是最性感的(That iscertainly the sexiest of the possibilities)。该结果同时暗示宇宙的确存在着额外维，这简直令人欣喜若狂。”

　　如何预测“暗物质”研究的未来？常进笑着说，“我不是一个占星术师，而是一个天文学家。”“如果真正找到‘暗物质’，对人类的将来会产生怎么样的影响？谁也不知道。就像当初发现核物理一样，谁能想到如今原子能发电能成为主流，而且起的作用越来越大。当初爱因斯坦的相对论刚发表的时候，谁能想到会有这么大的影响？也许，几十年以后，我们就可以用‘暗物质’来发电了。”

　　争议也给常进带来了些许烦恼。当我们把话题从“暗物质”转向他自己的时候，常进的脸上写满了局促和尴尬，全然不像此前口若悬河。“我比较怕记者，也不想成为什么科学明星。说白了，搞研究，就是拿着国家的钱来满足自己的好奇心而已。虽然一定要有所成绩，但是出了什么成果，也没什么值得吹嘘的。搞出个成果，只不过是向国家有个交代，获得大家的认可。我们的时代没有爱因斯坦这样的大师，所以在‘暗物质’研究中，我就是一个本分的小工匠，做一件事情要从方方面面去研究它，不管它是电子、伽玛射线或是高能宇宙线。换句话说，我是在沿着巨人开辟的路上，在重复和挫败中，摸索着进行科学研究。”　　

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