在我们这个宇宙的小小角落里，没有人看到过反物质星系或反物质星体。但并不是说在送远的地方它们不存在， 事实上可能它们组成了半个宇宙。几个想寻觅新境的物理学家认为现在是查清它们的时候了。美国航空航天局出于自身的理由，对此表示支持。
1984年秋，M · 塞拉蒙（M · Salamon）和S · 艾伦（S · Ahlen）用低预算的传统方法寻找宇宙中的反物质。当时，塞拉蒙在加州大学伯克莱分校，艾伦在印地安那大学工作。他们用过去剩余下来的部分实验经费，装置了一台由一块超导磁体和一些精致的电子器件组成的反物质检测器。他们把这个奇妙的装置安上一个架子，然后悬挂到一只高空气球上，气球可升到130，000呎，在大部分大气层之上，可以无阻碍地捕捉到从太空像雨点般不断洒落下来的宇宙线。经过几年的建造和运行准备，1987年8月13日，他们从塞斯克茨温的普林斯 · 阿伯特把气球放了出去。气球升到同温层，平稳地悬浮了12小时。接着像一只潜水鸭子，垂直下落到加拿大的荒野上。他们花了九牛二虎之力从树丛中取出装置，然后用了3个月时间分析了数据。结果没有检测到反物质的痕迹。但这并不意味着没有宇宙反物质，只能说明他们的实验设备不够灵敏。
正当他们对塞斯克茨温实验进行反复探讨时，丁肇中在瑞士建立起世界上最大的实验物理协作项目——一个耗资3. 5亿美元，有600位物理学家参加的实验，该实验取名L-3并在欧洲核子中心（CERN）研究基本粒子碰撞。 丁是一个技术精湛、无懈可击的实验物理学家、1976年诺贝尔物理学奖的分享者，被喻为高能物理学上的乔治 · 巴顿（Geoge Patton，美国二战著名将军——译者注）。1987年他所组织起来的这个实验代表着他所从事的专业，正显现出曙光。然而对世界上最昂贵的纯科学追求，由于政治因素的复杂性而进展迟缓、1993年，丁想在退休之前设法做一个更富趣味的实验。
这样，最著名的“大科学”行家里手之一的丁，就与经验丰富的低预算天体物理学家一起去探寻反物质。现在，丁、艾伦、塞拉蒙和几十个协作者，已经说服美国航空航天局（NASA）一起去从事空前最严格的反物质探寻工作，首先在1988年把价值2，000万美元的实验设备装上宇宙飞船升空运转，接着将从2001年开始在阿尔法国际太空站上运作3年。这样就可以一劳永逸地确定宇宙的一半是否由反物质所组成，抑或它统统由物质（即组成我们的材料）所构成。
寻找反物质同寻找似无实有的暗物质毫无关系。暗物质约占宇宙的80%，它在那里存在着，只是不发光，所以我们看不见它。而丁和他的协作者们所研究的则是没有踪迹的50%的宇宙，那一半宇宙理应是由反物质所组成的。量子力学确认，物质可以从能量中产生，基本粒子可以从真空中突然生成；只要它们的生成遵循这样的方式：各种基本量（如电荷和动量）是守恒的。宇宙创生时在大爆炸中就发生了这样的情况，那是大规模的。从那以后，发生的规模就比较小了。
不管什么时候，当一粒子从无产生时，宇宙同时也吐出它的反粒子。反粒子与粒子有相同的质量和其它特性，只是它们的电荷相反，且以相等的速率反向运动。所以质子与反质子一起产生，电子与反电子（正电子）一起产生。艾伦说：“问题在于，你不能只产生质子而不产生反质子。看来这个法则是决不会违反的。因此，如果有了大爆炸，我们怎么会有一个只有物质而没有与物质相等的那部分反物质宇宙呢？”
虽然反物质是与物质一起形成的，然而并没有痕迹。假如反物质存在，人们可以期望，至少会出现偶然的与物质的巧遇碰撞，结果两者湮灭而发出伽马射线。（伽马射线是很强的光子，即产生光的能量束。）这是又一个基本法则。如果物质和反物质可以从能量产生，那么使两者在一起复原就产生纯能量。所以如果反物质在宇宙中处处存在，那么它存在的可靠痕迹就是因它的湮灭而产生的伽马射线。
“地球上肯定没有反物质，”艾伦说，“太阳系中也没有；因为如果太阳系与地球不同，那么我们早已被湮灭引起的伽马射线烘干了。”应用同样的逻辑，天体物理学家可以毫无疑义地确认，我们的星系，我们的星系团，直到至少包括我们的超星系团在内的一切，在大约1亿光年范围内，是由物质所组成的；而且只有物质，别无其它。
然而宇宙是个大地方，其中大约有200万个超星系团，我们搞清楚的只有我们自己这个星系团，它是由物质构成的。至于其余星系团，还是个未知数。因为反物质放出的光与物质放出的光没有什么区别。说得更确切一点，反物质光子同样是光子，所以分辨反物质星系与物质星系的唯一办法是对所研究的星系物质样品进行物理检验。别以为这是妄想。宇宙间充满宇宙线—原子和由超新星遗留物、恒星或别的天体碎屑放出的原子类物质。这些宇宙射线能从它们自己的星系逃逸出来，穿过它们的超星团，找到它到达地球之路，天体物理学家认为，在所有宇宙射线日复一日的辐射下，其中一小部分可能在运行1亿光年之后到达我们这里。这些宇宙线甚至可能由反物质所组成，从而证明它所发出的那些星系是反物质所组成的。
近几年来，有不少物理学家在寻找这样的宇宙线。他们中有著名的诺贝尔奖获得者L · 奥瓦里兹（L. Al-varez），他在60和70年代发出装在高空气球上的反物质检测器。从这里发现过少量反质子，但是仅此而已。反质子不能说明遗漏的反物质。事实上它们可能是反氢的核；此外，反质子还可以在普通宇宙线与星际介质中的尘埃碎片相碰撞时形成，较重的原子核（如反碳和反氧的核）只能从恒星中形成，因而必然是反星系的证据。但是，奥瓦里兹和他的协作者收集到的4万宇宙射线样品，其中并没有这种原子核的痕迹。
然而自从奥瓦里兹寻找反物质之后，一种新的知识已经积累起来，使得反物质的问题广泛展示在人们面前。更新的计算得出，在全部宇宙线中，与地球大气猛烈碰撞，可能来自外星系的只有10万分之一，甚至100万分之一。既然如此，奥瓦里兹的4万宇宙射线大概就是从我们自己这个星系发出的。如果奥瓦里兹从未观察到从我们星系之外射来的宇宙线，那么没有证据说明宇宙不具有它的河外星系反物质的公正分配。我们的星系之外还是可能有反超星系团的，那里充满着反星系，反恒星的光把它们照亮。
再说，如果那里没有，艾伦说，“理论家会告诉你，寻找反物质是世界上最荒谬的事，因为人人都知道，不存在反物质。”他们还会说，由于至今没有看到过反物质，说它存在，不是“不可能”，就是“几乎不可能”。他们想象不出一种图景，来解释反物质如何从大尺度的物体分离出来（分成超星系团和反超星系团），而不是从较小尺度上分离出来（分成星团和反星团，或者星系和反星系）。
理论家可以按图景设想，宇宙在随机涨落中创生，这时纯能量凝聚成物质。在零时间后大约10-34秒，一种基本粒子和反粒子浓雾从这个能量客体中产生出来，就像气温下降时从潮湿空气凝聚起水滴一般。理论上认为，这些粒子和反粒子此时开始湮灭，直至留下只有10亿分之一，那恰好是物质而不是反物质。
也许宇宙就是从这种10亿分之一的物质超过了反物质的状况开始，那剧烈湮灭的残留物就是我们的宇宙。果真如此，宇宙在它年轻时就违反了几个量子法则。也许，正如伟大的俄罗斯物理学家A · 萨哈罗夫1967年提出的，物理法则是不平衡的，由于某种原因对物质存在的偏爱稍稍杻过反物质。这种对称破缺，叫做CP偏离；就是说，粒子和反粒子可以作不同的衰减。但是CP偏离（它已在实验室里作过测量）的不平衡程度还不足以说明反物质疑题。D · 斯拉姆（D. Schramm，芝加哥大学的宇宙学家）这样来描述困境：“大多数理论家的直觉，认为不存在反物质。这意味着，如果你找到它，那是一个伟大的发现，证明这些理论家都是错误的。但是最大的可能是，这意味着你找不到它。”
丁在1936年生于密歇根州的安娜堡（Ann Arbor）。他的双亲都是教授，曾到那里作过短期访问。几个月之后，他们带着他返回中国老家。他在那里待了20年。然后到密歇根大学取得数学和物理学的学位。1976年他发现了由他取名的J粒子。他是在长岛的布鲁克海文国家实验室发现这种粒子的。开始他不相信已经发现，因此在几个月里拒绝宣布他的发现。他让他的合作者重新分析数据，并收集更多的数据。只是因为斯坦福直线加速器中心（SLAC）的物理学家找到相同粒子的证据，丁才公布了他的发现。这两个组在1974年11月11日同时宣布。这样，丁和SLAC的负责人B · 里查脱（B. Richter）分享诺贝尔奖，并把这种粒子叫做J/Psi粒子。
从那以后的几年里，丁在物理学上的权力随着仪器和资金的增升而提高。比如，当美国物理学家们说服华盛顿拨款50亿美元（以后追加到100亿美元），以建造周长54哩的超级超导对撞机（SSC）时，丁提出一个耗资8亿美元的实验，须聘请1，000个物理学家参加工作。
1993年秋，国会砍去了SSC项目。以丁的才干可以做的许多实验削减至两个，它们被列入CERN的大型强子加速器计划之中。丁没有参加。他说他知道，到碰撞机完成实验，他“大概早已退休了”。他准备做某种完全不同的事情。
在国会埋葬了SCC计划之后一个月，丁打电话给艾伦，了解艾伦有关天体物理学的所有情况。接着两个月，丁与艾伦、塞拉蒙交换独创性意见。参加交换意见的还有四个物理学家：H · 荷佛尔（H · Hofer）（瑞士联邦理工学院）、Y · 格拉克辛诺夫（Y. Galaktionov）、V · 贝克尔（U. BecRer）（均在CERN工作，连同荷佛尔，都是丁的长期合作者）、A、D鲁犹拉（A. De Rujula，CERN和波士顿大学联合任命职务的理论家）。在丁告知他们意向后，他们很快就把他们可能做的实验减缩到两个：要么在西藏的喜马拉雅山高处建造一枚巨大的镜子来研究宇宙伽马射线，要么把一个装置送上太空轨道去观察成10亿计的宇宙线，以寻找少量（并不刚好是千分之十）可能从遥远超星团产生出来的反物质。
丁决定，从太空寻找反物质是较佳的选择，仅就从未做过这件事来说，也是较佳选择。艾伦说，“丁的伟大之处在于他从一般原则出发：是否有令人信服的论据来说明为什么没有反物质？没有，有谁以你所需要的灵敏度寻找了反物质？没有。那么你就去寻找反物质吧。你不必去作繁琐的盘算来评价寻找工作。事情就这么简单。”丁的准则是 :“我们所从事的就是探索未知。”或者说，“我认为，作为一个实验工作者，去測定未知事物，责无旁贷。”
这样一个实验，要求按奥瓦里兹在他生命的最后20年（他在1988年去世）间的主张：在太空放置强大的磁体。任何荷电粒子通过磁体时，在磁场的影响下会发生弯曲。由物质组成的宇宙线产生一种弯曲方式，由反物质组成的宇宙线则产生另一种弯曲方式。因为粒子运动很快，它们必须在几呎的路程中有显著的弯曲，这就要求有一个很强的磁场。奥瓦里兹和他的同事们曾经提出过很多实验，都要求在太空放置一超导磁体；在当时，超导磁体技术大概是得到磁场足够强、体积足够小磁体的唯一方法。
但是超导磁体带来各种技术上的复杂性，因而价格昂贵。例如，磁体必须冷却到接近绝对零度，并且在太空保持恒温。这就要求有精密的制冷设备。在太空，这尤其是个难题。因为当设备沿绕地轨道运行时，它就交替着受阳光的烘烤和受阴影的冷冻，估计在太空放置超导磁体要耗资1. 5亿至3亿美元。
1994年4月，丁到中国访问，“由于碰巧，”丁说，他到了中国科学院电气工程研究所。“我发现他们已经用新型材料钕、砌、铁制造出非常精密的永久磁体。我还得悉，90%的钕产自中国。他们能够生产高质量、高磁场的磁体。我同他们越交谈，就使我越相信：这是一条制造在太空工作的廉价磁体的好路子。”
丁说，中国物理学家和工程师们最后同意用大约60万美元制造他的磁体。“这是市场价的零点几再说，把一个永久磁体送上太空与把一个厨房磁体送上太空的难度相同，只须把它锚定在宇宙飞船或空间站的表面就行了。"毋须担心动力供应或制冷。”丁说，“也毋须耽心怎么去固定它，因为它不会破裂。”
然而磁体只是实验的一部分，物理学家必须在它里面放置某种粒子检测器，用它查验几十亿的宇宙线样品，并显示出其中是否有少量反物质而不出差错。塞拉蒙说：“换句话说，你需要一个足够大的仪器用以检测1亿个宇宙线核子。这还不能说万事大吉。如果你的仪器不好，会漏辨了每千个核子甚至每百万或每亿个核子中的一个反核子。”
幸好，丁具有丰富的粒子辨认经验。比如，丁在CERN的实验，考查了数以10亿计的正负电子碰撞，然后通过对遗迹的仔细筛选，正确辨认了每一个粒子。这是用为L-3实验所设计的硅传感器，设计者是来自佩鲁贾大学（the University of Perugia）和意大利国家核物理研究所的R · 巴底斯通（R. Battiston）和他的合作者们。丁和他的合作者决定把类似的技术设备置于他们的永久磁体内。
日内瓦大学的M · 波尔欣（M · Bourquin）小组设计了寻找反物质的检测器。他解释说，磁体像一个竖直圆柱体，直径约一码，高近一码。顶部和底部是一对塑料制成的称为闪烁器的平板，用它测定任何进入磁体空心核心的粒子电荷（尽管它并不告知电荷的正负闪烁器平板还要测定每个粒子的速率和能量。
与磁体核心水平相截的是硅传感器的6片平板。当荷电粒子通过硅时它释放出电子，记录下粒子的位置。每一宇宙射线通过粒子会留下6个撞击点，从而在核心上划出一条轨线。径直切割磁体空心核心的磁场与传感器平行，把粒子拉向一方或另一方，致使轨线弯曲。物理学家从曲率的大小可知粒子有多重；从弯曲的方向则可知它荷正电还是荷负电；电荷表示它是物质还是反物质。塞拉蒙说，“然后，如果我们检测到宇宙射线的一个核子电荷比如说是-6，这就是反碳，从而终于证实反恒星的存在。因为碳与反碳只有恒星才产生，产生的过程叫核合成。”
捕获物是 :宇宙线通过磁体的一端到另一端，大概至多弯曲100微米（1/10毫米）。因此，丁和伯底斯通及其伙伴们必须保证他们能够以几个毫米的精确度检测出每一个撞击点的位置，否则他们就会把本来弯向某一方向的宇宙线误认为弯向另一个方向。伯底斯通说，他们能够造出这样的硅传感器，它可以辨别宇宙线通过的点精确到10微米之内。他们还想办法使造出来的传感器在飞船受损伤的情况下，仍能保持所要求的精确度。比如传感器将用碳纤维薄片作支架，以使飞船发射时保持坚固。如果温度变化，纤维不会因膨胀和收缩而使其精确度受到损害。（例如，从日内瓦的超过72 K到太空的3 K。）研究者考虑，一旦检测器到达太空，可以对精确度进行双重核验：对于绝对高能的宇宙线，即使通过实验中的高磁场，它们也是真正笔直的。
然而在太空完成实验，与把实验设备送上太空不是一回事。虽然反物质频谱仪（丁及其伙伴对他们实验的称呼，简写为AMS）能够像卫星那样飞行，但是NASA和欧洲太空局批准卫星计划的过程是非常漫长的，卫星发射也相当拖沓，以致他们“在2017年之前无法付诸实施波尔欣说。
看来阿尔法国际太空站是一个最佳选择，计划开始时间与美国自由号太空站（价值800亿美元）相同。但是1993年克林顿让自由号太空站国际化。科学界同自由号太空站的昂贵价格斗争了好几年。科学家说，如果自由号站有过一个客户，那大概就是航天航空工业，但航天航空工业不是科学家1992年，大约20多个科学团体正式反对这个计划。
“我去找NASA，”波尔欣说。“这个作了重大修改的自由站计划，确实需要某种科学。那么，在那里可以建立何种科学？也许是许多小的生物实验（如老鼠之类），但是建立一个大科学实验室不好吗？”
大概丁的计划就是答案。他不只是给NASA的太空站提供一流的科学，他也提出了一流科学要价的价码。丁以其庞大的国际协作，凭借几十个国家的工程技术，可允诺以2，000万美元来建立实验。能源部对实验作了考察，在搞清楚它的科学价值之后，预付300万美元，其余由丁的国外合作者捐资。NASA要做的就是首次把装着AMS的太空飞船送上天 · “特殊飞行任务需要这个机会让AMS飞一回。”NASA的主管D · 高尔登（D. Goldin）说，“他办完‘手续’后把AMS带回地面，进行复原，然后又把它放回太空站。”“总共花费1300万美元——包括两次上天又返回，再把它连接在太空站上。”高尔登说 :“我们用很少几个钱得到了巨型轰炸机的发展潜力。”
反过来，NASA和高尔登则要求丁及其同事们遵守安全规则，并且要求把实验的名称改为Alpha磁频谱仪，新的名称是为了避免给人这样的印象：科学AMS只是用于寻找反物质。艾伦说，“你若在过道里遇到谁，他们会说：谁都知道没有什么反物质另一方面，上述理论家们会说，被作为暗物质问题假设候选物的某种粒子（占宇宙的80%，是看不见的），可能衰变为反质子。丁的实验可以收集到数以千计的反质子，从中筛选出来的是暗物质产生它们的证据。比如，那些有相同能量的反质子如果占很大百分比，那大概说明它们统统来自同一类暗物质的粒子，丁的巨大磁体甚至可能捕获到反暗物质粒子。这无法预料。例如，能源部审查丁的计划的薛拉姆（D · Schramm）说，他推荐这个实验，并不是因为他认为这个实验会找到反物质，而是因为它是部分解决暗物质的良好选择。
丁似乎并不对某一方面显得特别关心，在他的有关AMS的演讲中，他喜欢去敲定首次在天文学中应用光测的年代；那是1054年，是最早精确记录超新星的年代，事有凑巧，这是一个中国纪录。他说：“那时，没有人作过太空荷电粒子的精确测量。我们将要做那样的事。我们要非常清楚地研究宇宙线的组成。我们将从中学到很多东西。由于它是前人没有做过的事，我们不知道结果会得到什么；但是我们将有所收获！”
[Discover ，1996年4月]