新華社北京11月30日電題：“搭便車”的歷史偶遇——暗物質(zhì)衛(wèi)星“悟空”首席科學(xué)家常進(jìn)的20年求索

新華社記者陳芳、蔣芳、董瑞豐

2017年11月30日，《自然》發(fā)表了悟空的首批重要成果。“沙漠”之外的“風(fēng)光旖旎”，被中國人掀開一角。中科院院長白春禮說，中國科學(xué)家已經(jīng)從自然科學(xué)前沿重大發(fā)現(xiàn)和理論的學(xué)習(xí)者、繼承者、圍觀者，逐漸走到舞臺(tái)中央。

“搭便車”邁出第一步

如今在網(wǎng)絡(luò)上搜索常進(jìn)的名字，暗物質(zhì)是排第一的關(guān)聯(lián)詞。其實(shí)，二者相遇頗為巧合。

從中國科大近代物理系畢業(yè)后，常進(jìn)在位于南京市的紫金山天文臺(tái)研究了二十多年的宇宙高能電子、高能伽馬射線。然而，高能粒子并不像名字聽起來那樣“高能”，因流量太弱唯有高性能探測器才有機(jī)會(huì)觀測它們。

20年前，我國在該領(lǐng)域的研究幾近荒漠。常進(jìn)想要走出“沙漠”，似乎只剩下“搭便車”一條路。

1997年，美國宇航局在南極開展了一個(gè)名為“ATIC”（先進(jìn)薄電離量能器）的氣球探空項(xiàng)目，用來觀測宇宙線。遠(yuǎn)在中國的常進(jìn)研究發(fā)現(xiàn)，“ATIC”只觀測宇宙線？太浪費(fèi)了！

“我直接給項(xiàng)目首席發(fā)郵件提建議。一開始美國人看不起我，我就用了一年多反復(fù)驗(yàn)算、證明，說服他們。運(yùn)氣很好，氣球放上天就發(fā)現(xiàn)了高能段的流量‘超出’。”如今說起這段往事，常進(jìn)有些輕描淡寫。

常進(jìn)的師弟，也是“悟空”的科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師伍健卻至今還會(huì)感慨：“很多人說他運(yùn)氣好，一下就找到了捷徑。但很少有人去想，一個(gè)中國普通研究員，不出一分錢的探測器，如何打動(dòng)了一個(gè)國外主導(dǎo)的項(xiàng)目。”

2000年底，重達(dá)兩噸的ATIC觀測設(shè)備在南極升空，并在離地面37公里的高空完成了人類對高能電子的首次成功觀測。依靠常進(jìn)的建議，得到了該項(xiàng)目最有價(jià)值的發(fā)現(xiàn)：“超”——高能電子流量在3000-8000億電子伏特能量區(qū)間超出理論模型的預(yù)計(jì)流量。

2008年11月20日，以常進(jìn)作為第一作者的論文《宇宙電子在3000-8000億電子伏特能量區(qū)間發(fā)現(xiàn)“超”》發(fā)表在《自然》上。這是科學(xué)家第一次發(fā)現(xiàn)宇宙高能電子異常，使得人們認(rèn)識(shí)到探測高能電子意義重大。

“氣球試驗(yàn)是我進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域最關(guān)鍵的一步。”常進(jìn)表示，雖然與空間衛(wèi)星相比，氣球試驗(yàn)觀測結(jié)果精度不是很高，本底也很大，但關(guān)鍵的是找到了一種觀測高能電子和伽馬射線的簡單方法，不需要特別昂貴的探測器，國內(nèi)也可以干。

“天上不會(huì)掉餡餅”

在“悟空”首批成果發(fā)布會(huì)上，媒體記者追問：“常首席，悟空的這些成果分別發(fā)現(xiàn)于什么時(shí)間？能具體給捋一捋時(shí)間線嗎？”常進(jìn)躊躇了一會(huì)兒說：“就是沒日沒夜地干，真記不清了。”

中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心主任吳季卻還記得，12年前，在一臺(tái)DOS系統(tǒng)的電腦屏幕前，年輕的常進(jìn)向他展示“超出”圖像時(shí)激動(dòng)的表情。“他跟我說，如果我能做一個(gè)更大的探測器放在空間，一定能發(fā)現(xiàn)了不起的風(fēng)景。”

在紫金山天文臺(tái)暗物質(zhì)衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)室，暗物質(zhì)衛(wèi)星的圖文張貼在過道的墻上，常進(jìn)每天上班下班都要看上幾遍。“擼起袖子加油干，天上不會(huì)掉餡餅。”常進(jìn)說，這句話就是他的座右銘。

——從南極發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)存在“異常”，到2008年發(fā)出論文，常進(jìn)經(jīng)歷了7年無休無止的數(shù)據(jù)分析。

ATIC是一個(gè)氣球試驗(yàn)，相比現(xiàn)在的空間設(shè)備，太簡單了，加上原初的科學(xué)目標(biāo)根本不是電子，用來觀測高能電子存在許多問題，困難很大。“那些未解之謎整天在腦子里抓著、撓著，他根本就不休息。”常進(jìn)的夫人是腦科醫(yī)生，一度發(fā)現(xiàn)自己的丈夫神情恍惚，嘴里總在嘀咕，突然之間說有了一個(gè)新的“idea”，然后馬上跑到實(shí)驗(yàn)室編一個(gè)程序來演算。

——從找到暗物質(zhì)探測的“鑰匙”，到2015年底“悟空”發(fā)射成功，又是10年百折不撓的技術(shù)攻關(guān)。

悟空團(tuán)隊(duì)骨干郭建華說還記得為衛(wèi)星奔波的幾年，常進(jìn)帶領(lǐng)大家不斷攻關(guān)創(chuàng)新，找到了最經(jīng)濟(jì)適用的技術(shù)路線。對比來看，“悟空”的研制費(fèi)用僅是美國FERMI望遠(yuǎn)鏡和阿爾法磁譜儀的1/7和1/20。

悟空團(tuán)隊(duì)骨干胡一鳴說：“他總是反復(fù)強(qiáng)調(diào)，我們是和世界上最厲害的一幫人競爭，我們比他們聰明？不可能。只有肯吃苦，比他們多花幾倍的時(shí)間和精力，也許還有一點(diǎn)機(jī)會(huì)。”

——此后的進(jìn)度被按下了“快進(jìn)鍵”，“悟空”從正常運(yùn)轉(zhuǎn)到取得首批成果，只用了不到2年。

早上醒來先看前一天衛(wèi)星數(shù)據(jù)的總結(jié)報(bào)告，每晚看完當(dāng)天已下載數(shù)據(jù)分析才能入眠。“我出生在江蘇泰興一個(gè)普通的農(nóng)民家庭，父親在世時(shí)一年大概能掙兩三萬元，而一顆衛(wèi)星的造價(jià)則是7億元。”常進(jìn)說，空間試驗(yàn)沒有任何改正錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)，一個(gè)很小的錯(cuò)誤都可能造成衛(wèi)星失敗，幾百人多年的努力就白費(fèi)了，所以我們每個(gè)人必須對得起國家的這份信任與支持，對得起團(tuán)隊(duì)多年的努力，認(rèn)真負(fù)責(zé)地干好自己的事情。

科學(xué)探索有苦，但更多的是樂趣

年輕時(shí)就愛琢磨宇宙的常進(jìn)經(jīng)常會(huì)提及愛因斯坦的一句話：宇宙中最不可理解的事，是宇宙居然是可以理解的。但他隨即又加了后半句：“宇宙現(xiàn)在仍然是不可理解的。”

“悟空”的首批成果表明，“沙漠”之外還有風(fēng)光旖旎。暗物質(zhì)有何利用前景？是不是能源？會(huì)不會(huì)找到外星人？……一個(gè)個(gè)問題向常進(jìn)拋來。

“悟空在1.4萬億電子伏特處，確實(shí)發(fā)現(xiàn)了異于正常能譜的超高能電子，但積累的樣本數(shù)量還不夠，還沒有完全排除統(tǒng)計(jì)漲落。我們需要時(shí)間，也需要一點(diǎn)幸運(yùn)。”常進(jìn)說。幸運(yùn)的是，國家目前正加大對科技的投入，加上多年堅(jiān)持的人才政策，中國正處于科學(xué)發(fā)展的黃金時(shí)代。

人類對暗物質(zhì)的孜孜以求究竟能換來多少看得見摸得著的改變？對于常進(jìn)和他的團(tuán)隊(duì)來說，走出人類認(rèn)知局限的“沙漠”原本就是驅(qū)動(dòng)他們投身科學(xué)的“初心”，在這條路上，有苦，但更多的是樂趣。（完）