近年来，少数造诣很深的粒子物理学家正在天体物理学上开始从事第二个研究生涯。

这些实验探索有来自宇宙的信号，包括暗物质粒子，超高能量宇宙射线及来自太阳和超新星的中微子。当实验物理学家利用他们的专长、他们精巧的探测技术和大协作效应的文明研究来自轨道运行平台的天体物理学时，这种趋势就开始移到了空间。来自斯坦福直线加速器实验室（SLAC）的物理学家正在实施建造一个耗资1亿美元的伽马射线望远镜的计划，这是一台伽马射线的巨大列阵式望远镜，简称为GLAST，物理学家期望着到2005年，它或者被装置在人造卫星上或者被装载在空间飞行器上航行于宇宙空间。在欧洲粒子物理中心（CERN），由诺贝尔奖获得者塞缪尔 · 亭领导的一个欧洲——中国-美国协作小组已经获准使一个价值2000万美元的探测器装置在国际空间站上，它将探索宇宙中原始反物质的讯号。

SLAC的主任，曾在1976年与塞缪尔 · 亭分享诺贝尔奖的伯顿 · 里克特说，天体物理学、宇宙学和粒子物理学的训练相互结合在一起已达20年之久。一个理由是出自自然界本身。里克特说 :“当我们谈到大爆炸，谈到宇宙是如何演化的，什么是宇宙学之类的问题时，你必定会谈到希格斯玻色子、相变，谈到夸克和胶子以及类似的问题。这些问题完全是粒子物理。”另外一个促使人们考虑的动力是缺乏新的更大的加速器项目，正是这种不足使得宇宙本身成为外来粒子和光子的一个令人感兴趣的源泉。

粒子物理学家说，他们必须寻找在天文学和天体物理学方面的新的合作伙伴。如果最近的粒子物理实验所发展的技术可以被改造并能在空间有效地运行的话，这种技术就可能大大地扩展卫星探测器的能力。粒子物理学家还认为，他们在井井有条的大规模国际协作下所做的实验使他们能够开创许多卫星上的实验，而且比把设备制造委托给单个承包商的传统美国国家航空和宇宙航行局（NASA）方法所进行的实验更加经济。

至今为止，这一说法尚未得到实现，然而，它们意味着，会对NASA和传统上一直给高能物理以资助的国家能源部（DOE）产生新的作用。当然，粒子物理学家为空间科学提供思路，这已经不是第一次了。EGRET——一种现在_正装置在康普顿伽马射线观察卫星上航行的伽马射线望远镜——正是在1960年由斯坦福大学的物理学家和诺贝尔奖获得者罗伯特 · 霍夫斯塔特第一次提出的，后者发明了通过注视在碘化钠晶体中的闪烁——光的闪现——来探测粒子的技术。斯坦福大学的物理学家彼得 · 米切尔森一直在EGRET工作，他解释道，霍夫施塔特始终有着这样的期望，让一架很大的闪烁探测器在空间航行，并且向外探视宇宙以观察一下，伴随着他们正在加速器中研究的现象，大自然究竟在做些什么。然而，为了使EGRET进入轨道，人们花费了25年时间，而霍夫施塔特却在这次航行前不久，于1991年去世。

在SLAC，一些物理学家酝酿着一个更完善的思想：一个以硅的微波传输带探测器为基础的伽马射线望远镜；一项已经对目前已失效的超导超级对撞器（SSC）进行重新加工的技术。这些器件本质上是用几千个10-20微米宽的导带蚀刻的硅晶体，它们被设计成所谓顶角探测器，装置在加速器的粒子束发生碰撞的位置附近。它们的作用是对那些从碰撞中涌出的极短寿命粒子复杂径迹的拓扑结构进行分类，每个带电粒子，当它们穿过晶体时就会产生许多电子-空穴对。这些电子-空穴对迁入最靠近的导带时就产生出一个信号。从发射信号的一组导带中，探测器能确定每个粒子的轨道，其准确度可达几十微米的数量级——至少比以往的探测技术高出3倍。

SLAC的物理学家很快对一架以这些探测器为基础的望远镜拟订了一项计划，而且在1992年早期发展了一个全尺度的计算机模拟。当他们还在预测这些计划的时候，GLAST就已经拥有了12项硅带探测器的计划，这些探测器随铅的薄层而发生交变作用。铯碘化物发光晶体的一种排列会对这种探测器“塔架”产生隔绝作用。入射的伽马射线会猛烈撞入铅层，产生电子和正电子对。电子-正电子对会在硅探测器内留下它们的径迹以表明入射伽马射线的轨迹，然后它们被吸收到发光体内，发光体就测定出它们的能量。如果事情的进展如同预料的那样，这种安排应该赋予GLAST一种对伽马射线的灵敏度——它比EGRET的灵敏度高出大约5~10倍，也赋予它一种能“看见”伽马射线的能力——这种能力为通常的10倍。

GLAST正在成为一个引人注目的仪器，成为一架真正的望远镜。它正在设想伽马射线的天空。在这些事情中间，它应该能看几百颗发射出伽马射线的活跃的银河星系，揭示出它们的光谱细节，——它们如何运行的可能线索——和描绘出宇宙中在各个随机方向上闪烁发光的神秘的伽马射线短暂爆发的十分清晰的图像。

GLAST协作组的成员希望把他们的仪器安装起来，并且在10年之内飞入太空，当然，这完全取决于投资。目前，他们正在很低的预算下运行。迄今已有15个研究机构归属于GLAST的门下，而NASA每年只能提供10万美金用于探测器研究和发展，另外又投资8万美元用于一项飞行概念的研究，这项研究必须在明年秋季完成。

量子力学和宇宙学的基本原理认为，宇宙是以大致等量的物质和反物质而创生的。犹他大学的物理学家迈克尔 · 萨拉蒙正与亭进行合作研究，他解释道，当宇宙膨胀而且冷却时，质子和反质子就开始互相湮灭，释放出能量。如今，早期宇宙中每100亿个质子和反质子只有1个质子还残留着。

但是，未曾得到回答的问题是，为什么任何残留的质子构成了今天的宇宙？宇宙是以稍微多一点的物质开始创生的，还是在物理学定律中有什么反对称性造成湮灭过程以更有利于物质而不是反物质？或者，等量的反物质是不是以反物质星体和反物质银河系形式依然隐藏在超出人们视线的遥远地方？波士顿大学物理学家安迪 · 科恩说，很多理论天体物理学家认为，最后的那种可能性是如此的没有指望以至于他们把试图检验这种可能性看作是“一件愚蠢的事情”。他解释道，“问题在于已知的物理定律不可能使反物质运动得足够快，离我们足够远，从而使人们不可能看到它”。

但是，只有实验才能最后回答这个问题。亭说，“许多理论家说，应该存在反物质，而有些人认为那里应该什么也没有。重要的一点是最后的一次研究是在20年前完成的，你不知道你现在应该干什么。”

已经清楚的是，附近没有由反物质构成的银河系。如果存在这种银河系，它们就会喷射出伽马射线，这种射线有特定的能量，像反物质星体一样，一旦这种气体遇到普通的物质就会产生湮灭，在欧洲原子核研究委员会工作的一位理论家阿尔伏拉 · 德 · 雷久拉说，缺乏这类信号本身就表明，在直到银河系超星团的尺度，即约在6000万光年的距离内的一切事物都由相同的材料组成。萨拉蒙说，检测遥远反物质银河系的唯一办法就是直接取得这种材料的样品，而能够从这样遥远的地方到达我们这里的唯一样品就是宇宙射线。他说，在一种宇宙射线中探测反物质碳的原子核会决定性地证实即使没有反物质银河系也有反物质星体的存在。

斯穆特说，研究人员提取了大约4万种宇宙射线为样品，但是它们中间没有一种被证明是反物质。然而，物理学家目前认为，那还不足以使人相信他们“看到”了来自银河星系外面的宇宙射线。波士顿大学的物理学家史蒂夫 · 阿勒恩说，如果你真想做这样一个实验以寻找在反物质星体和在遥远的反物质银河星系中，反物质原子核存在的证据，那么你就要乐意地能够去取得100万种以上的宇宙射线为样品，甚至超过这个数字1~2个数量级。

然而，事情并非唾手可得。亭起初就设想，需要大功率磁场意味着他将像他的前任一样，不得不利用以长时期供应液氦的方式进行冷却的超导磁铁。但是，建造这样一个足够大得能正常运行以及足够安全、可靠地在空间飞行的超导磁铁会耗资几百万美元。1994年三月，当亭在北京的中国科学院电子工程研究所进行访问时，他发现反物质的项目似乎变得非常现实。

他发现，中国的研究人员已经建造了由一种新材料制成的反常的永久磁铁，这种材料是铁和錋、钕的合金，中国已经获得了对它的专利权。该研究所最后同意以600万美元的代价为亭的反物质研究项目建造一个永磁铁。为了追踪宇宙射线在磁铁内部的径迹，亭和他的合作者们选择了以L3实验而发展起来的技术为基础的硅微观能带探测器。

最后设计成功、被称为反物质磁分光计（AMS）的装置是一块2000千克的圆柱形磁铁，其中封装着6个硅条带探测器。这个器件应该能追踪宇宙射线的径迹，其精确度达到10微米，还能把射线与反物质区分开来并探索某种暗物质粒子的衰变产物，许多理论家认为这种外来的暗物质弥漫在整个宇宙中。

一旦亭和他的同事们让世人认识到他的反物质探测器的价值，他们仍然面临着如何赢得更多支持者的挑战。在1994年春天，亭和前苏联空间节目负责人，现为美国马里兰大学教授的罗特 · 萨加迪夫讨论过这些概念。NASA的主任丹 · 戈尔丁说，亭的描述是才华横溢的，从这个项目中他看到了一次机遇，它可以为陷入困境的NASA的空间站项目提供一个从事基础科学研究的机会。

[Science，1996年1月12日]