自然科學論文選讀

　　第四個故事就是尋找反物質的宇宙。這在國際空間站上叫做ams。反物質的存在，是由玻爾•狄拉克在理論上推導出的。他在1933年12月12日獲得了諾貝爾獎。他注意到，相對論的公式和量子電動力學的公式，質量都是乘平方的，也就是說等于m×m，也等于－m×－m，狄拉克問－m是什么意思，從這兒就推導反物質的理論。這也表示拿諾貝爾獎是很容易的。因為現(xiàn)在我們從實驗上知道，所有的粒子有反粒子。我所要問的是另一個問題，大家都知道，宇宙是大爆炸形成的，大爆炸的理論中，宇宙起源時的溫度高，因為大爆炸以前什么都沒有，所以有一個電子則應該有一個反電子，有一個夸克也應該有一個反夸克，所以在剛爆炸的時候，物質和反物質應該是一樣多。問題是經(jīng)過150億年之后由反物質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，有沒有反物質所組成的宇宙也產(chǎn)生反he和反ti。所以我們從實驗上需要知道的是由反物質組成的宇宙在何處。假設它存在的話，我們應該在太空中找到反he反ti原子。反he、反ti原子不能在地面上找到，因為在穿過大氣的時候，它們會被湮滅掉。因為原子和反原子有相反的電荷，所以尋找反原子必須用磁鐵來測量，在磁場上的軌道，正的向一個方向旋，負的向另一個方向旋，這就是我現(xiàn)在所做的實驗的目標，即ams，它是空間站上唯一的物理實驗�！　�
　　過去40年內，許多的實驗用哈勃望遠鏡、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。帶電粒子因為有質量，所以在經(jīng)過大氣的時候很快就被消滅掉了，故不能在地面上找到。因為帶電，所以需要用磁鐵分出正負，這是人類第一次測量這些東西，所以覺得現(xiàn)在的結果很奇怪，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實驗作為在空間站上的第一個科學實驗。原結構中用的中國制造的永久磁鐵改為超導磁鐵，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)，超導磁鐵用于太空中是高技術發(fā)展的一個體現(xiàn)，不多久前還認為是不可能的。這是我們所制造的超導磁鐵，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，這是整個探測器，這兒有超導磁鐵，這個儀器用于分辨電子和質子，這個儀器測量不同的粒子，這個用于測量電子和光子。假使不出錯誤，到XX年的晚上，天晴的話，可以看到這個空間站，因為它非常大，可以看到它像星星一樣轉，到那時你會記住上面有一個ams的實驗。它要解決兩個問題，一是宇宙如起源于大爆炸，一半的宇宙是正物質組成，另一半的宇宙是反物質組成，那么反物質所組成的宇宙在什么地方；第二個問題是90％的宇宙是觀察不到的，它是由暗物質組成的，暗物質是什么？這些都是理論，到底會發(fā)現(xiàn)什么呢？可以從下一個圖里看出�，F(xiàn)在向大家介紹一下在過去50年內加速器的發(fā)展。最早的加速器是袁家騮教授所用的布爾凱文國家實驗室的加速器，至今快50年了，原定的目標是π質子相互作用，袁先生作了非常重要的貢獻。除了這以外，更重要的是發(fā)現(xiàn)兩種中微子，時間繁衍的破壞j粒子，費爾美國家實驗室在芝加哥，原來是做中微子物理實驗，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子彈性散射和量子電動力學，結果發(fā)現(xiàn)的是部分si－partical和第三種氫子。日內瓦的質子質子對撞機，原目標是找z和w，結果發(fā)現(xiàn)是質子質子總切面的增加。所以要做加速器，先找理論物理學家?guī)湍銓懸粋�目標。根據(jù)過去50年的經(jīng)驗，原來的目標和實際發(fā)現(xiàn)完全是兩回事情。因為這是最先進的科學，是沒有辦法預見的。所以最后一個體會，就是要實現(xiàn)一個目標，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！