自然科學(xué)論文選讀
第四個(gè)故事就是尋找反物質(zhì)的宇宙。這在國際空間站上叫做ams。反物質(zhì)的存在，是由玻爾•狄拉克在理論上推導(dǎo)出的。他在1933年12月12日獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。他注意到，相對論的公式和量子電動(dòng)力學(xué)的公式，質(zhì)量都是乘平方的，也就是說等于m×m，也等于－m×－m，狄拉克問－m是什么意思，從這兒就推導(dǎo)反物質(zhì)的理論。這也表示拿諾貝爾獎(jiǎng)是很容易的。因?yàn)楝F(xiàn)在我們從實(shí)驗(yàn)上知道，所有的粒子有反粒子。我所要問的是另一個(gè)問題，大家都知道，宇宙是大爆炸形成的，大爆炸的理論中，宇宙起源時(shí)的溫度高，因?yàn)榇蟊ㄒ郧笆裁炊紱]有，所以有一個(gè)電子則應(yīng)該有一個(gè)反電子，有一個(gè)夸克也應(yīng)該有一個(gè)反夸克，所以在剛爆炸的時(shí)候，物質(zhì)和反物質(zhì)應(yīng)該是一樣多。問題是經(jīng)過150億年之后由反物質(zhì)組成的宇宙在什么地方。我們知道宇宙在有he、有ti的太空中飄行，有沒有反物質(zhì)所組成的宇宙也產(chǎn)生反he和反ti。所以我們從實(shí)驗(yàn)上需要知道的是由反物質(zhì)組成的宇宙在何處。假設(shè)它存在的話，我們應(yīng)該在太空中找到反he反ti原子。反he、反ti原子不能在地面上找到，因?yàn)樵诖┻^大氣的時(shí)候，它們會(huì)被湮滅掉。因?yàn)樵雍头丛佑邢喾吹碾姾桑詫ふ曳丛颖仨氂么盆F來測量，在磁場上的軌道，正的向一個(gè)方向旋，負(fù)的向另一個(gè)方向旋，這就是我現(xiàn)在所做的實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)，即ams，它是空間站上唯一的物理實(shí)驗(yàn)。
過去40年內(nèi)，許多的實(shí)驗(yàn)用哈勃望遠(yuǎn)鏡、用人造衛(wèi)星測量光子，但在宇宙中除了光子以外，還有帶電的粒子。帶電粒子因?yàn)橛匈|(zhì)量，所以在經(jīng)過大氣的時(shí)候很快就被消滅掉了，故不能在地面上找到。因?yàn)閹щ姡孕枰么盆F分出正負(fù)，這是人類第一次測量這些東西，所以覺得現(xiàn)在的結(jié)果很奇怪，可能過了三、五年之后，對這種現(xiàn)象了解以后，就會(huì)覺得很自然了，這是我最簡單的解釋。美國宇航局決定在XX年5月將ams實(shí)驗(yàn)作為在空間站上的第一個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。原結(jié)構(gòu)中用的中國制造的永久磁鐵改為超導(dǎo)磁鐵，大幅度提高ams控測力，從太空中長期產(chǎn)生更多的數(shù)據(jù)，超導(dǎo)磁鐵用于太空中是高技術(shù)發(fā)展的一個(gè)體現(xiàn)，不多久前還認(rèn)為是不可能的。這是我們所制造的超導(dǎo)磁鐵，在英國和瑞士制造的，這是磁鐵的線圈，帶上2500升的液體的he，在空間站上做三年，這是整個(gè)探測器，這兒有超導(dǎo)磁鐵，這個(gè)儀器用于分辨電子和質(zhì)子，這個(gè)儀器測量不同的粒子，這個(gè)用于測量電子和光子。假使不出錯(cuò)誤，到XX年的晚上，天晴的話，可以看到這個(gè)空間站，因?yàn)樗浅４螅梢钥吹剿裥切且粯愚D(zhuǎn)，到那時(shí)你會(huì)記住上面有一個(gè)ams的實(shí)驗(yàn)。它要解決兩個(gè)問題，一是宇宙如起源于大爆炸，一半的宇宙是正物質(zhì)組成，另一半的宇宙是反物質(zhì)組成，那么反物質(zhì)所組成的宇宙在什么地方；第二個(gè)問題是90％的宇宙是觀察不到的，它是由暗物質(zhì)組成的，暗物質(zhì)是什么？這些都是理論，到底會(huì)發(fā)現(xiàn)什么呢？可以從下一個(gè)圖里看出。現(xiàn)在向大家介紹一下在過去50年內(nèi)加速器的發(fā)展。最早的加速器是袁家騮教授所用的布爾凱文國家實(shí)驗(yàn)室的加速器，至今快50年了，原定的目標(biāo)是π質(zhì)子相互作用，袁先生作了非常重要的貢獻(xiàn)。除了這以外，更重要的是發(fā)現(xiàn)兩種中微子，時(shí)間繁衍的破壞j粒子，費(fèi)爾美國家實(shí)驗(yàn)室在芝加哥，原來是做中微子物理實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)的是第五種、第六種夸克。斯坦福直線加速器原來是做電子質(zhì)子彈性散射和量子電動(dòng)力學(xué)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)的是部分si－partical和第三種氫子。日內(nèi)瓦的質(zhì)子質(zhì)子對撞機(jī)，原目標(biāo)是找z和w，結(jié)果發(fā)現(xiàn)是質(zhì)子質(zhì)子總切面的增加。所以要做加速器，先找理論物理學(xué)家?guī)湍銓懸粋�(gè)目標(biāo)。根據(jù)過去50年的經(jīng)驗(yàn)，原來的目標(biāo)和實(shí)際發(fā)現(xiàn)完全是兩回事情。因?yàn)檫@是最先進(jìn)的科學(xué)，是沒有辦法預(yù)見的。所以最后一個(gè)體會(huì)，就是要實(shí)現(xiàn)一個(gè)目標(biāo)，最重要的要有好奇心。對自己做的事情感興趣，要勤奮地工作！