“暗物质”是现代科学界的一个世纪之谜，破解它的意义不亚于牛顿的地球引力论和爱因斯坦的相对论。11 月，《自然》杂志发表的一篇论文披露，人类第一次发现“暗物质”粒子湮灭的证据。该论文的第一作者是南京紫金山天文台空间天文实验室主任常进。接受本报记者专访时，常进说：“我不是一个占星术师，而是一个天文学家。”

　　文/ 刘旭阳

　　“千万别相信你的眼睛，有些东西不是用眼睛就可以看得到的。比如说‘暗物质’。”见到记者，南京紫金山天文台空间天文实验室主任常进就调侃起来。

　　何谓“暗物质”？最先提出这一概念的天文学家弗里兹.扎维奇如此解释：遥远的星系团里有一些物质很独特，它们既不发散光，也不吸收光、反射光，他们对自然界的绝大多数“力”拥有免疫力，星系团似乎没有足够的可见物质可以将它们“捆绑”在一起。

　　几十年后，美国天文学家鲁宾(VeraC. Rubin)在此基础上，论证了“绝大部分星系都被‘暗物质’所包围着”。此后，科学家们证实：人类在宇宙中能看到的物质只占宇宙质量的5%，而95% 的宇宙由我们看不到的“暗物质”和“暗能量”构成。

　　这些“暗物质”究竟是什么？如何捕捉“暗物质”？他们有什么物理特性？近一个世纪里，无数科学家们尝试通过各种努力，揭开这些谜团，但均未成功。科学家们称，如果能够揭开宇宙之“暗”的谜底，那么它对人类的意义绝不亚于牛顿的地球引力论和爱因斯坦的相对论。

　　这一次，常进领导的研究团队终于有了突破，首次发现“暗物质”的证据，他也可能因此成为抓住“暗物质”的全球第一人。

　　11月20 日，以常进作为第一作者的论文《宇宙电子在3000-8000 亿电子伏特能量区间发现“超”》发表在国际顶级学术期刊《自然》杂志上(注：“超”的意思就是观测到的高能电子流量超过理论预计的流量)。在文中，常进论述了“超”和“暗物质”之间可能存在的某种联系：或许是暗物质粒子湮灭产生了“超”(注：一对正、反粒子碰撞时，会同时消失而完全转化为能量或产生其他粒子，这种现象叫做湮灭)。《自然》还为此专访了常进，并配以照片，刊登在同期刊物上。

　　评论普遍认为，该观测如果被证实，将是人类第一次发现“暗物质”粒子湮灭的证据。正如《纽约时报》所言，“那个来自宇宙阴暗面的秘密(即‘暗物质’)”正在让世界陷入疯狂。

　　偶遇“暗物质”

　　“你要小心，说不定哪一天‘暗物质’就会‘撞’你那么一下啊。”谈起他研究的对象，常进就如同聊一位素未谋面的朋友，兴致一下子提了起来。“开个玩笑，你们别担心，暗物质如果通过人体，虽然对人也会产生影响，但是这个几率很低，可能一辈子就那么几次，而且不是破坏性的，根本不会影响人。”

　　碰上“暗物质”这个话题，对于常进来说“纯属巧合”。

　　自中国科大近代物理系毕业以后，40 多岁的常进在紫金山天文台已经搞了20 年的天文物理研究。

　　起初，常进的团队并不是以攻克百年来人类物理学的第一号难题——探测到“暗物质”为目的。1998 年，还在寻找研究方向的常进，突然意识到：虽然人类已经观测了大部分的电磁谱，从很长的射电波段到很短很高能的伽玛射线都已经被人类观测到了，但还有一些电磁谱，比如高能电子、高能伽玛射线，仍未被人类在很高分辨的情况下观测到。“凡是新的东西，只要有人去观测，总会有些新的发现。从那时候起，我就决心好好研究这两个至今仍未被人类仔细观察到的谱段。”

　　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”。