《狄拉克之旋》第三章反物質-9物理學家
物理學家
「CERN？」
「是的，李老師，做反氫的MOT（磁光阱）。」
狄莫第一時間告訴了李武越自己的申請結果。無數次的email，多次的Skype面試，終於拿到了這樣一個博士後offer，一個讓他倍感驚訝的組。
「是屬於ATRAP組嗎？」李武越好奇地問。
「不是，那個組已經沒了，是這個組。」狄莫說著在筆記本上點開了這個組的網址，「Boss是個日本人，叫Shio Kobayashi，我查了一下日文是小林志雄。」
「我以前記得在CERN有一個日本人主導的合作組專門在做反氫原子的光譜，好像是叫ASACUSA。」
「對，這個組的前身就是ASACUSA，他們現在已經能做出反氫原子的基態磁阱囚禁了，反氫的MOT指日可待。」
「Cool！那以前那個ATRAP組去哪兒了？」
「那個組直接用的Ioffe-Prichard阱囚禁反氫，最後做到能囚禁一小時。但當時沒121nm的激光器，無法做激光冷卻。我查了一下後來跟ALPHA組合并了，準備直接做反氫的BEC，所以新的組名字就叫ABEC。」
「Crazy！，原子數夠蒸發嗎？」李武越很是遲疑。回想自己年輕時做的BEC實驗，即使初始的MOT有10的9次方的銣原子，最後得到BEC也廢了九牛二虎之力。
「應該很難。其實我要去的這個組名義上也是ABEC的一部分，由我們先做反氫的MOT，然後他們做磁阱囚禁和蒸發冷卻的部分。MOT還是個可行的目標，也是因為我這幾年比較熟悉121nm的紫外激光，Shio Kobayashi就打算給我這個offer。」
「這是個不錯的機會，你今後好好做會比我有出息。」
狄莫已經習慣了李老師這種半開玩笑式的鼓勵。
「不過，有些地方你需要做好準備。」李武越也不忘提醒自己的學生。「首先，我個人感覺這是個介於高能粒子物理實驗和我們AMO（原子分子和光物理）之間的領域。高能物理實驗只有項目的leader容易出名，就是說動輒成百上千的人合作一個項目，一篇paper下來光坐著署名就佔了好幾頁。而咱們AMO都是小項目，各做各的，paper署名也是按貢獻，不是按字母序。至於你要做的這個方向，雖然高能和AMO的技術各佔一半，但是規模不小，合作者也起碼好幾十，文章署名什麼的可能要符合高能物理界的規則，按字母序。」
「恩，我估計也是這樣。」
「這個到不是最大的問題。最大的問題是，你以後回國，要面臨換方向。這個實驗全世界獨一份，只有CERN這地方能大量生產反質子供你們的實驗用。回國的話，你也知道沒有任何單位有這種設備或能力。」
「這個我想過了，想做反物質的話確實要承擔這種風險。不過我還是想去拼一把，就當獻身物理學了。」
「行，比我年輕時候有志氣，一路順風！」
「行，比我年輕時候有志氣，一路順風！」
……
……
收拾好行李。狄莫在浦東機場登上了去瑞士日內瓦的航班。
……
小林志雄親自開車到機場接了狄莫。兩個亞洲人，英語都不是特別地道，各有各的口音，不過交流起來並沒有什麼問題。
這是一個四十歲出頭的男人。也許對理論物理學家來說已經過了黃金年齡，但對於實驗物理學家來說正值巔峰。實驗物理學更需要團隊協作，對團隊的領導者的資歷和管理經驗要求也就越高。因此實驗物理學家出名的時候往往是不再奮鬥在一線實驗室幹活的時候，而是像公司的領導一樣，申請經費，分配任務，push進度，協調團隊。用職業體育來比喻，實驗物理學家往往是掛靴後做教練的時候做出一生最重要的工作。
小林志雄向狄莫介紹了CERN的近況。自美國費米實驗室的Tevatron關閉以來，CERN的LHC成了世界上唯一的超級加速器。2012年，LHC上成功的發現了希格斯玻色子，完成了粒子物理標準模型的最後一塊拼圖。在這之後的二十年，LHC升級了兩次，試圖尋找更高能量的，超越標準模型預言的基本粒子，但是一無所獲。經過多年大量數據處理得到的幾個信號，由於置信度遠不夠5-sigma，不能視為發現。粒子物理學家們一籌莫展。
與此同時，反物質實驗卻取得了顯著的進展，越來越多的反氫原子甚至反氦原子被穩定地製造出來，並囚禁達千秒的量級。CERN因此將重心逐漸向這方面轉移，更多的人手和資源從LHC那邊分配了過來。磁場線圈甚至用上了奢侈的超導材料。
剛來的一個月，狄莫只能借宿在guest house里，不斷地找房子。CERN坐落在瑞士和法國邊界，橫跨兩國國土。由於瑞士物價和消費明顯高出法國很多，CERN的工作人員，尤其是年輕人，更傾向於在法國的一側租房子。終於狄莫和兩個工作在其它項目的中國同事合租了一個公寓。
不出所料，小林志雄是個工作狂——符合大部分日本人的特徵。他的組裡有11個人，剛好一支足球隊。其中大部分是來自東京大學的博士生，其中有一個韓國人，一個泰國人，其餘都是日本人。三個博士後，除了狄莫之外，另外兩位分別來自義大利和荷蘭。只有狄莫的名義老闆是小林志雄，其它的博士後的名義老闆是德國人Hansen，即整個ABEC實驗的總負責人，他們貌似是Hanse提前安插進來，會在整個ABEC項目上長期跟下去。
狄莫帶領韓國學生朴正勇，日本學生真田英三人在一間小實驗室里負責121納米激光器的安裝和調試工作。這是新一代的紫外激光技術，直接從248納米的準分子激光倍頻，得到在124納米附近輸出功率80毫瓦的激光，然後通過外腔鎖頻技術調到氫原子的第一吸收峰頻率附近，即121納米。這種紫外區間的倍頻晶體剛被發明不久，價格十分昂貴，在這之前，世界上也僅僅有兩個實驗室用這種倍頻的紫外光實現了氫原子的磁光阱。理論上說，反氫原子的光譜應該和氫原子的完全一致。
但狄莫他們面臨的挑戰更加困難。由於反氫原子是在高能條件下通過反質子束和正電子束結合產生的，一開始就處於很高的激發態，即里德堡原子態。即使在Ioffe-Prichard阱里囚禁，也只有少量的反氫原子會通過自發輻射躍遷到基態。當然，這一最難的部分由組裡另外的8人負責。狄莫他們三人的任務只要是搞定激光。
這邊的工作強度另狄莫始料未及，李武越提醒過他，做這個實驗，可能會犧牲掉所有personal life。看來果然沒錯，尤其是在一個工作狂的日本老闆手下干。狄莫曾跟同事們開玩笑說為什麼日本最出名的便利店叫7-ELEVEN，因為日本人習慣了從早上7點工作到夜裡11點。
所有反物質方向的工作人員每個月都會又一次大型組會，由大老闆Hansen主持，各個組向他彙報並一起討論。狄莫切實感覺到了這種大規模的實驗效率無法跟小規模實驗相比。一次改動要討論好久才能確定，因此和高能相關的領域都會選擇相對穩妥的技術而不會冒險。
這裡沒有網路封鎖，狄莫可以自由地上Facebook和Twitter。但他只經常去那個小姑娘的微博和QQ空間掃一眼，儘管已經很久未更新。是的，他忘不了小弦。
生命中充滿著意外和插曲。年齡越大，狄莫越接受量子力學的隨機本質——未來不是確定的，概率決定一切。而且從感情上講，多世界詮釋真的會聊以慰藉：在有的世界裡，波函數塌縮的結果是他們在一起生活；在有的世界裡，他們也許未曾相遇；在有的世界裡，根本就沒有我這個人。
生命不息，實驗不止。周末是他們休息的好時光。天氣好的時候，偶爾騎車到日內瓦湖畔，享受一下寧靜，更多時間是和同樣來自中國的幾個朋友相約在CERN附近的草坪上踢踢足球。後來幾位阿拉伯人加入了他們，狄莫很快跟其中的一位熟識了起來。
這個人叫哈桑，來自沙特。其他穆斯林都來自北非，阿爾及利亞，突尼西亞，埃及等，就他一個來自亞洲。
「你肯定很有錢吧？」狄莫開著玩笑。
「哈，我可不是什麼王儲。事實上石油都是王室的，我父親只是石油工人而已。我在宇宙射線那個組，你們在哪個組？」
「我在反物質那邊。其它幾位中國人主要在AMS那邊。就是丁肇中教授領導建造的那個衛星。」
「你做反物質！聽說你們可以囚禁上千個反氫原子了？」
「恩，未來倆個月如果順利的話會再突破一個量級。當然，我主要做紫外激光，為了反物質的激光冷卻。」
「那就是說你很快就要天天操作反物質了，危險么？」
「還好，因為我們的真空系統夠好，比LHC裡面還要高1-2個量級，所以和普通物質湮滅的速率不大。」
「Awesome！我平時能去參觀嗎？」
「隨時歡迎，提前打我電話就行。」
哈桑似乎對狄莫的研究有著格外的興趣，經常跑來聊天。狄莫得知哈桑在英國讀的博士，一直研究宇宙射線中的高能粒子，而且當時就經常來CERN採集數據。博士後就完全來到了CERN常駐。
而且另狄莫不解的是，哈桑也是位穆斯林，當然這些阿拉伯國家幾乎人人都是穆斯林。哈桑每天下午都會禱告。到了齋月更苦，太陽不落山就不能進食。出於對朋友的尊重，狄莫也從來沒有問過哈桑關於物理事實和《古蘭經》不一樣會不會影響他的信仰之類的話。
與哈桑的一次次交談也讓狄莫開闊了眼界。地球還是太小了。外太空各種各樣的天體無時無刻不在上演著各種各樣的物理過程。由於光速的限制，我們只能看見宇宙很小的一部分，即所謂的視界。而且即使在視界里，我們也只能看到那六分之一左右參與電磁相互作用的物質。剩下的暗物質究竟是什麼？有多少神秘的世界隱藏在裡面？現在還無法得知。
實驗在有條不紊地進行著。Ioffe-Prichard阱那邊不斷傳來好消息，能囚禁的基態反氫原子越來越多，壽命優化的也越來越長。狄莫這邊激光也已經就位，準備嘗試氫原子的磁光阱。
朴正勇和真田英是兩個非常努力的學生，三人的中日韓組合合作起來越發熟練。私下裡，三個人都是遊戲玩家，經常連線比賽，偶爾還會到真田英的宿舍玩PlayStation6。狄莫比這二人大幾歲，但外觀上不是很明顯，一點體會不到當大哥的感覺。
氫原子磁光阱做的並不是很順利，遲遲未能出現。6束光的平衡，園偏振，以及地磁場補償都可能存在問題。三人決定兵分三路，一人確保一塊。時間又過了兩個月，終於實現了氫原子的磁光阱。
三人鬆了一口氣，這意味著光學系統可以直接用在反氫上了。後面就是長時間的優化參數，不斷優化，然後把整個光學系統平移到隔壁Ioffe-Prichard阱那裡，向著人類歷史上第一次反物質的激光冷卻和囚禁邁進！
「我是狄拉克的腦殘粉，我的family name和他的中文名第一個字一樣，我的出生年剛好跟他差100年。我最喜歡的方程就是狄拉克方程，這個方程不但包含反物質，還包含1/2自旋。我一輩子都想搞清楚自旋究竟是什麼，但命運的安排卻讓我徹底投身到了反物質領域。」——狄莫。
沒錯，雖然表面上看起來粒子的自旋和所攜帶的荷是相互獨立的兩個物理量，但是狄莫總覺得冥冥之中二者有著更深層次的聯繫。
在通常人們對反物質的理解中，僅僅認為反物質粒子和物質粒子的電荷相反。其實不然，反物質粒子所攜帶的任何「荷」，都和其所對應的物質粒子相反，這是基本的量子場方程的荷守恆決定的。就是說，正電子不僅電荷和電子相反，弱荷（即弱同位旋）也和電子完全相反。
夸克是唯一全部參與電、弱、強三種相互作用的基本粒子，一個夸克的反粒子不僅電荷和弱荷與它相反，色荷也必須與它相反。也就是說一個紅色上夸克的反物質粒子是反上夸克，色荷為反紅色。
電子和夸克上看不出自旋和荷之間的聯繫，但是中微子上卻能夠看到點端倪。中微子的自旋是1/2，即能分成「左旋」和「右旋」兩個分量。中微子只攜帶弱荷。令人驚奇的是，弱荷為正的中微子都是左旋的，反之弱荷為負的反中微子都是右旋的。而同時右旋的中微子和左旋的反中微子都不攜帶弱荷。
於是狄莫就堅信這裡面有很多值得深挖的地方，似乎弱荷本身是個和自旋緊密相連的物理量。對於同樣自旋1/2電子和夸克來說，也只有左旋的攜帶弱荷，右旋的不攜帶弱荷，即不參與弱相互作用。它們的反粒子更完全相反，只有右旋的攜帶弱荷，左旋的不攜帶。
弱相互作用對自旋分量的偏好，就是著名的「弱相互作用宇稱不守恆」，楊振寧和李政道兩位先生用這個發現給華人帶來了第一個諾貝爾獎。
「弱荷（弱同位旋）和1/2自旋一定有更深一層的聯繫。我不知道此生能不能有機會找到這個問題的答案，洞察更深一層的物理。但是目前我需要全身心投入到反氫實驗上，這是我當下的飯碗。」——狄莫。
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