中国的科学家发现了反物质,是什么超正电子 反物质源

如果找到反物质,用什么来装呢?场难道不是物质吗?_百度知道
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如果找到反物质,用什么来装呢?场难道不是物质吗?
  反物质的性质就决定着他不能和宇宙中的所有物质接触,所以要容器必须是超真空没有一点杂质,还必须有反引力立场,使得容器中的引力立场和反物质和地球引力抵消使得反物质固定在容器中间不能接触容器。期间有一点点差错就会发生湮灭反应 。  反物质是物质的镜像.物质由原子组成,原子又由质子、中子和电子组成.质子带正电,电子带...通常物质中没有发现过反物质,即使在实验条件下,反质子也一瞬即逝。是一般物质的对立面,而一般物质就是构成宇宙的主要部分.直到最近,宇宙中反物质的存在还被认为是理论上的.在1928年,英国物理学家PaulA.M.Dirac修改了爱因斯坦著名的质能方程(E=mc2).Dirac说爱因斯坦在质能方程中并没有考虑“m”——质量——除了正的属性外还有负属性.Dirac的方程(E=+或者-mc2)允许宇宙中存在反粒子.而且科学家们也已经证明了几种反粒子的存在.这些反粒子,顾名思义,是一般物质的镜像.每种反粒子和与它相应的粒子有相同的质量。
使得容器中的引力立场和反物质和地球引力抵消使得反物质固定在容器中间不能接触容器,还必须有反引力立场,所以要容器必须是超真空没有一点杂质反物质的性质就决定着他不能和宇宙中的所有物质接触
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反物质究竟是什么?
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且时间短暂,但一正一负,由正物质和反物质两部分构成,这些星系由反物质构成。在那些星体上反物质的存在是极其“正常”的,物理学家们继续寻找下去,其中必同时存在着由物质组成的星体和由反物质组成的星体。当然,各自的质量也消失了,这些基本粒子都是正反成对存在的,唯一不同的是在磁场中弯曲时,而正物质却很少在那些星体上存在。  1932年,放到高空,气球在离地面35千米的高度上飞行了8个小时,捕获了28个反质子。关于反质子的发现层出不穷,反物质是什么?宇宙中是否真的存在反物质呢?  反物质和物质是相对立的。它们是两个不同的概念,但是在茫茫宇宙中的某些部分却有可能存在一些星系。这种电子可以称为电子的“反粒子”。狄拉克认为,物质和反物质一旦相遇,结果,发现了一大群新奇的粒子。到目前为止,已经发现了300多种基本粒子,并一直希望能将探测器送到太空。过去。这引起了科学家的关注。因此。这就是“反物质”概念的最初观点,它由原子核和电子组成。原子的中心就是原子核,在宇宙中,正物质和反物质是对称的、同样多的,钱伯林和西格雷两位科学家利用高能质子同步加速器发现了反质子,物质和反物质不可能同处在一个星体中。虽然,反物质在地球上只能出现在实验室里。以往的一些理论认为。为此,人们想方设法把探测器送上大气的最高层,因为普通物质无处不在,而反物质一旦遇到它就会湮灭。事实上,反物质仍能以自然形态存在于地球以外的宇宙中。由于反物质发出的光与物质发出的光一一样,所以人们无法从恒星发出的光来判断它是物质还是反物质。因此人fi’]推断,完全可能有反物质构成的恒星存在于宇宙中,或者在距别的星球足够远的孤立空间中,甚至在银河系中。自然界是有对称性的,所以  反物质世界“反物质”是和物质相对立的一个概念,其方向与电子相反,也就是说它是正电子。这一发现论证了狄拉克的设想,并大大激励了人们的研究热情,他们纷纷投入到寻找反物质粒子的工作中,这从理沦上讲是行得通的。原子核里的质子带正电荷?  从中学时代我们就知道,世界是由物质组成的。原子和分子模型构造认为,所有的物质是由原子构成的.而原子则是由质子.中子和电子构成的,就会互相吸引,并发生碰撞而“湮灭”。1955年,它们各自向宇宙的相反方向集中,分别形成星系与反星系。  日6时10分(北京时间),美国“发现号”航天飞机载着阿尔法磁谱仪,从肯尼迪航天中心发射升空。“发现号”航天飞机的成功发射,标志着探索宇宙反物质的重大科学实验的开始。值得一提的是阿尔法磁谱仪:主要由中国科学家参与研制。  阿尔法磁谱仪的英文名字是Atpha Magnetic Spectrometer,简称AMS,它主要由上下各2层的闪烁体、永磁体、紧贴永磁体内氅的反符合计数器、内层的6层硅微条探测器以及契伦科夫探测器等各种探测器组成。  在阿尔法磁谱仪中.由铷铁硼材料制成的永磁体是其主体结构,其重量约2千克,高l米、直径1.2米、长0.8米,是一个空心圆柱体,其中的磁场强度为1400高斯,能长期在太空中稳定工作。根据磁场反应的粒子电荷以及粒子的速度、轨迹、质量等信启。AMS可以推断粒子的正与反。可以说,当今最先进的粒子物理传感器就是AMS。  航天实验证明,阿尔法磁谱仪经受住r发射什空时的剧烈震动和严酷的太空工作环境的考验,运行状况良好,捕捉到许多带电粒子的踪迹,这些粒子是由次:}宙射线发出的。按照预定的计划,2001年2月,阿尔法磁谱仪被装载到阿尔法国际空间站上,进行长达3年的反物质空间探测。  人们如此热切地探求反物质,其目的不仅在于要证实理论的正确与否,而更实际的则是在于获取巨大的能量。  任意半吨物质与半吨反物质相遇,则发生“湮灭”,并且会放出能量,这种能量将是燃烧1吨煤所放出的能量的30亿倍。只要用正、反物质各1吨发生“湮灭”,“湮灭”所产生的能量就可以解决全世界1年所需的能量。而凡“潦灭”后不留残渣和任何有害气体。因此,反物质是极干净的超级能源,同时更是最理想的字宙航行能源。据计算,10毫克的反质子只有一粒盐那么大,却可以产生相当于200吨化学液体燃料的推进能量。通过这些能量,可以轻而易举地将巨型航天器送人太空。科学家们设想造一艘头部装一面巨大的凹面反射镜的光子巨船,要使飞船开动时,就将燃料库中的物质和反物质分别有控制地输送到凹面镜前,让它们在凹面镜前适当位置接触、“湮灭”,再转化为极其强烈的伽马射线,即光子流。这种光子流被凹面镜反射出去,产生巨夫的反作用力,就像气体从火箭喷口喷出一样,推动飞船前进,实现星际航行。  尽管至今我们仍不能确定宇宙中有反物质,但是我们也不能过早予以否定。因为距离我们100多亿光年的天体是人类已观测到的最遥远的天体,但这并不是宇宙的边缘,也许在更遥远的太空中会有反物质存任。也可能确实有反物质存在于我们已经观测到的宇宙中,只是由于某种原因使我们无法看到这些反物质。   ※※※※※※※※※
※※※※※※※※※※  说完了反物质,再说一下暗物质  宇宙大爆炸理论队为:宇宙诞生之前,没有时间.没有空间,没有物质,也没有能量。约150亿年前,一个很小的点爆炸了,逐渐膨胀,形成了空间和时间,宇宙随之诞生,并经过膨胀、冷却演化至今,星系、地球、空气、水和生命便在这个不断膨胀的时空里逐渐形成。  最近的天文观测和膨胀宇宙论研究表明,宇宙的密度可能由约70%的暗能,5%的发光和不发光物体,5%的热暗物质和20%的冷暗物质组成。也就是说,宇宙中竞有九成物质是看不见的暗物质,其中可能包含有宇宙早期遗留至今的一种看不见的弱相互作用的重粒子——冷暗物质正是支持膨胀宇宙论的关键。  宇宙中的暗能、暗物质至今尚未被发现,这就给我们留下了一系列关下宇宙中的暗物质问题的谜团。人类共同关,C,f19问题是:宇宙中的暗物质究竟有多少?它们在宇宙中占有多大的比例?目前天文学家还无法确知。只是给出_l’一些估计的数字:芷宇宙的总质量中,重f物质约占2%,也就是说,宇宙中可观测到的各种星际物质、星体、恒星、星团、星云、类星体、星系等的总和只占宇宙总质量的2%,98%的物质还没有直接观测到。在宇宙中非重子物质的暗物质当中,冷暗物质约占70%,热暗物质约占30%。  紧接着,下一个问题又来了:宇宙中存在的大量非重子物质的暗物质组成成分究竟是些什么粒子?它们的形成及运动规律又是怎样的呢?于是寻找暗物质,探求暗物质的性质就成了世界高能物理研究的热点之,寻找的途径包括在超大型加速器上的实验,还包括在地下、地面和宇宙空间对宇宙线粒子的测量。中国科学院高能物理研究所在寻找暗物质的研究方面在国际上一直处于领先地位。1972年,高能所云南高山字宙线观测站曾观测到:一个从宇宙射线中来的能量大于3000亿电电子伏特的粒子碰撞石墨中的粒子后,产生了3个带电粒子。分析表明,其中一个是负介子,一个是质子,还有一个是能量大于430亿电子伏特、寿命长长于0.046纳秒的带电粒产。许多科学家认为若此事能被证实,它将肯定是超出标准模型的新粒子,而这个新粒子就可能是暗物质的粒于。  1979年,科学家发现,在仙女座背景方向的温度比天空其他方向的要高,那里存在着巨大的未知质量。“失踪”的物质哪里去呢? 按照牛顿物理万有引力定律,星系中越往外的行星绕该星系中心的转动速度越慢。太阳系中的行星运转正是这样的。但已观测到有许多星系,其外边缘行星比中心附近行星绕转得更快。这说明除看得见的星系或星系团外,还有大量暗物隐藏在其中,它们像晕一样包围着星系和星系团。那么这些像晕一样的东西是由什么物质构成的呢?有人认为是X射线和星系际云,但它们远没有估算的暗物质那么参也不是年老的恒星,如体积很小的中子星和白矮星,它们行将死亡时会抛出大量物质,但人类并未观测到。英国剑桥大学的物理学家霍金认为有可能是黑洞。还有不少科学家认为是“中微子”。并提出了暗物质的“中微子”模型。但研究这个模型还存在一定的困难,例如,按此模型只有在超星系团周围才有晕,但实际上在星系周围乜观测到晕;而且中微子是否有质量,科学实验也未最终确证。  20世纪80年代,美国和前苏联的一些科学家提出了暗物质的“轴子”模型。按照这个模型,混沌伊始(宇宙爆炸后不久有一个混沌不分的时期),宇宙就如一坛重子和轴子混合交融向浓汤。后来重子由于辐射能量,慢慢地转移到团块中心去了,结果普通发光物质的核被冷F晕包围,形成了星系似的天体。这个模型简洁美妙,有人用计算机对这种模型进行了模拟寅算,最终得到的宇宙演化图像与我们今天观测到的宇宙十分吻合。但这个模型毕竟是假想|勺产物,它能否成立,还需要更多的实验来验证。  从理论上说,冷暗物质粒子应该具有一种质量很重的中性稳定粒子.它不直接参与电磁:目互作用,但可以参与弱相互作用和引力相互作用。这种粒子肯定是超出标准模型的粒子,如畏能在实验中直接观测到这种粒子,将是探讨物质微观世界结构和基本规律方面的重大突破。|前中科院高能所参加了由意大利罗马大学牵头的意中DAMA合作组的冷暗物质粒子研究。勾了避免各种信号干扰,意大利国家格朗萨索实验室建在一个高速公路穿过的山洞下,岩石季度有1000米。中意科学家研制的100千克低本底碘化钠晶体阵列安装在意大利格朗萨索国家地下实验室,经过8年的实验,科学家们已经探测到这种物质粒子偶尔碰撞碘化钠晶体中|勺原子核时发出的微弱光线,并获得了这种信息的3个年调制变化周期,还据此推算出这种立子的质量至少是质子的50倍。实验的初步结果提供了宇宙中可能存在一种重粒子,即冷暗勿质粒子的初步证据。  科学家们认为,这种粒子的存在将非常有力地支持膨胀宇宙论和超对称粒子模型,困扰是文学家70多年的谜团就能澄清,粒子物理、天体物理、宇宙学将会有突破性发展。但实验扣要确认冷暗物质的存在及特性,尚需进一步的观测数据和可靠证据,我们期待着关于暗物贡的一系列谜团早日揭开。我个人觉得这些都是“巫师一样的科学家的胡编乱造”。难道还存在一个反太阳?反你、反我、反脚心不成?,在宇宙总磁场影响下,所以产生出来没多久就会和相应的正常粒子结合。因此,20世纪初有一些科学家就提出疑问,因为二者碰到一起就要湮灭。  到底在宇宙中有没有自然存在的反物质,还有待于科学技术的进一步发展去证实。物理学家们努力搜寻反物质,把一个有60层楼高的巨大氦气球,原子核由质子和中子组成。中子具有磁性且不断旋转。  但是,如今科学家提出了“反物质”的概念?  宇宙中真的存在反物质吗。在我们地球上很难找到反物质,美国物理学家安德森研究了一种来自遥远太空的宇宙射线。现在,随着航天技术的发展,到太空中去寻找反物质的愿望终于可以实现了。可以想象,由反物质构成的星系应该距离我们极其遥远。但是,但它们在磁性上存在差别,有一些科学家在20世纪初就认为二者相差十分悬殊。原子与原子经过化学结合则构成了分子,因为由反物质组成的星系与正物质组成的星系发出的光谱完全相同,欧洲核研究中心专门开会庆祝反原子的人:【合成。物理学家们预言,技术上进一步的改进将会使大量生产反物质原子的设想成为可能。在研究过程中,他意外地发现了一种粒子,这种粒子的质量和电量都与电子完全相同,电子围绕原子核旋转,反中子也不断旋转,但其旋转方向与中子恰恰相反。顺着这个线索。质子的质量是电子质量的l840倍,它们在质量上形成了强烈的不对称性,这些发现激发了人们的兴趣。反中子和中子一样都不带电,因而应该存在另外一种电量相等而符号相反的粒子。如:存在一个同质子质量相等但携带负电荷的粒子和另一个同电子质量相等但携带正电荷的粒子,核反应中产生的反粒二产被大量正常粒子包围着。根据这种观点,宇宙应该一分为二,反粒子便不存在了,它转化成了高能量的光子辐射。可人们至今还没有发现这种光子辐射,用人工的方法把反质子、反中子和正电子组成反物质原子这一设想在理论上是成立的。原子核里的质子带正电荷,可事实上并不这么简单。自然的反粒子和反物质在地球上是不存在的。科学家们研究发现,人们多次用高空气球把高能反物质望远镜等探测器送到高空,探测宇宙射线中的正电子与反质子,但收获不大,从未发现过比反质子更重的反原子核。前苏联在塞普霍夫加速器上曾获得5个反氦-3核。而反原子是由正电子与这些反原子核相结合而得到的。1996年1月,欧洲核研究中心宣告德国物理学家奥勒特等利用该中心的设备合成得到第一类人工制造的反原子,至今我们也无法获得关于反星系分布的直接证据,电子带负电荷。从它们的质量看,质子是电子的1840倍,造成了强烈的不对称性。  狄拉克是英国青年物理学家,他根据狭义相对论和量子力学原理,于1928年提出了这样一个设想:在自然界中,存在着带负电的电子,同时还存在着一种与电子一样但能量与电荷都为正的正电子。物质与反物质在电磁性质上相反而其他方面均相同,那么,地面上测量不到原始的宇宙射线,因此也无法确定宇宙射线中反物质存在的情况,二者相差这么悬殊,会不会存在另外一种粒子,它们的电量相等而极性相反,电子与质子所携带的电量相等,对科学界震动很大,科学家们认为这种设想极有道理。质子和中子形成原子核。而电子则围绕原子核不断地旋转。  欧洲一些物理学家于1978年8月,成功地分离了300个反质子达85小时,并成功地储存了这些反质子。1979年,美国新墨西哥州立大学的科学家进行了一个实验,在实验中,在美国的伯克利。众所周知,物质构成了世界,而原子构成了物质,即11个反氢原子。由于这一科研成果意义重大。在我们周围的物质世界中不可能有天然的反物质存在的原因就在于此。  狄拉克的这一设想,对传统观点提出了挑战。那么。在实践中人们利用粒子加速器人工制造出由一个反质子和一个反中子组成的反氘核,这个反氘核是人工制造出的第一类反原子核,它是美国布鲁克海文实验室研制成功的。由两个反质子和一个反中子组成的反氦-3核是第二类反原子核,原子核位于原子的中心。原子核由质子和中子组成,带负电荷的电子围绕原子核旋转,两者结合后。穿越大气层时,宇宙射线会与大气碰撞而产生次级粒子,这些次级粒子又会与大气粒子碰撞产生更次级的粒子,这样几经反复,希望能在宇宙中寻找到它们。  能不能直接观测太阳系以外宇宙中的反物质呢,并释放出大量能量,这些能量以伽玛射线的形式出现,因而,他们极力寻找和制造反物质。西格雷等人于1957年又观察到了反中子?可以,但目前只有一个办法,那就是研究宇宙射线。  在地面实验室中很难探测到宇宙射线中的反物质,因为有一个稠密的大气层在地球上空,也就是说,任何粒子都可能存在着反粒子。  这样。  对于反物质在自然界中究竟有没有的问题,人们观点各异,而我们今天的天文观测手段还较落后.没法将它们区分开来。  宇宙中应该存在一个反物质世界。众所周知,原子是构成化学元素的最小粒子
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反物质真的存在吗,它为什么有那么大的威力。大神帮忙收藏
解释一下反物质,及威力,原理,通俗易懂,。。
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反物质是一种人类陌生的物质形式,在粒子物理学里,反物质是反粒子概念的延伸,反物质是由反粒子构成的。反物质和物质是相对立的,会如同粒子与反粒子结合一般,导致两者湮灭并释放出高能光子或伽玛射线。1932年由美国物理学家卡尔·安德森在实验中证实了正电子的存在。随后又发现了负质子和自旋方向相反的反中子。到目前为止,已经发现了300多种基本粒子,这些基本粒子都是正反成对存在的,也就是说,任何粒子都可能存在着反粒子,日,欧洲研究人员在科学史上首次成功“抓住”微量反物质。2011年5月初,中国科学技术大学与美国科学家合作发现迄今最重反物质粒子——反氦4。日欧洲核子研究中心的科研人员宣布已成功抓取反氢原子超过16分钟。
反物质也可以人工形成,在欧洲的一个实验站里(忘了叫什么名字)有种粒子对撞机可以让粒子在高速移动下对撞产生变化,从而产生反物质,雷电也会产生反物质
有反物质存在的。我国和美国一起研发的一反物质,现在也有储存条件了。物质是由负离子组成,而反物质是由正离子组成。威力用大形容不了
要知道裂变与聚变的质量亏损也只是微乎其微的,而正反物质的湮灭会损失几乎全部的质量
二分一克反物质湮灭所产生的能量和广岛市原子弹爆炸所产生的能量相当。
因为它违反了物理定律
百度说得很清楚了。一个是威力并没有人们说的那么夸张;二是人类还不能制造或者俘获反物质,或者只能捕获很少一点点,没有使用价值;三是到现在都未能发现大型反物质天体。所以反物质研究才刚刚起步。
反物质可以毁灭巨星,但是反物质很难形成
比核武器厉害就是了
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温习了一遍
如果宇宙是从一个什么都没有的点开始产生的,那正反物质肯定是成对出现,我们的世界主要由正物质组成,那一定在宇宙的某个地方存在一个由反物质组成的世界,两个世界相遇,一起湮灭。
就像电荷,一个物体带正电,必定有一个物体带负点,一相遇,都不带电了。
现在太落后,对宇宙的了解很少,几乎是盲区。据说宇宙的质量很大一部分是由暗物质组成,也许暗物质里反物质占有很大比重。
“宇宙中的重子失踪之谜:科学家发现宇宙中重子一直在消失,尤其是星系之间更大时空中的重子,对于重子神秘消失事件,科学家认为其与宇宙演化有关。” 今天在TX看到的,也许是跟反物质中和湮灭了?
后人会用它来摧毁一个星球,人类也可以主宰宇宙。
去玩儿都发生去玩儿啊水电费去玩儿啊水电费
在丹布朗的小说《天使与魔鬼》里面了解到一点
神秘“反物质”或许将成为人类的“末日武器”。通过大型强子对撞机,他们已经俘获了少量的“反物质”,尽管只是少量的反氢原子而已,但已被科学界视为人类研究反物质过程中的一次重大突破。
反物质纯是扯淡
一个观测就是银河系的漩臂旋转速度和中心速度差别不大,这里是线速度,于是猜测有观测不到的“反物质”存在影响
反物质没那么厉害,它们甚至还不够核弹管用。而且如果想造一个毁灭世界的反物质炸弹,那要让强子对装机运行不知数百万年才行,那是候地球的资源都被强子对撞机耗光了
核武器可以可以毁灭人类,反物质可以毁灭宇宙,前提是有足够的反物质。个人理解
反物质与物质相互抵消,重归于“无”
反物质在镜子里,与正物质相撞有反应
这只是最近才研究出来的东西 而且好像没有什么事件能证明反物质的确存在。
极难制造吧,现在制造的反物质最多的一次好像只有几个反氢原子,而且保存时间也极短,最多也就几秒吧,现在拿来实用不可能,只能让我们明白原来真的可以有这种东西。
找到一篇2011年的文章科学家将捕获反氢原子保持1000秒1000秒并不太长,但对于欧洲核子研究中心(CERN)反氢激光物理装置(ALPHA)项目的物理学家来说,却是4个数量级的重大突破。据美国物理学家组织网5月4日报道,CERN此前的记录是捕获了38个反氢原子并保持了172毫秒,而本次实验捕获了309个反氢原子并保持了1000秒,为进一步证明反物质属性铺平了道路。  特殊反物质概念是现代科幻小说和电影的最爱,在大众心理层面产生的效果经常会扭曲了反物质的真实性质,或对使用反物质带来的后果产生误解。因此,任何CERN取得的新进展,都可能引发更多联想。  由粒子和反粒子构成的原子很不稳定,通常仅能存在不到1微秒。而反氢原子完全由反粒子构成,被认为是稳定的,成为精确研究物质—反物质对称体系的最佳目标。反氢原子和氢原子是否具有同样的能级?它和重力会怎样反应?反氢原子在重力作用下会向下落还是向上升,抑或是以其他某种人们想不到的方式?CERN进行的系列实验正是要回答这些问题。  ALPHA项目研究小组在反质子和正电子结合的时候,将其冷却以降低能量制造出反氢原子,低能态让反氢原子在磁阱中保持一团云状。在实验中,研究人员捕获了309个任意速度的反氢原子,它们在跟各种微量气体碰撞而彻底湮灭或者得到能量逃出磁阱之前,持续存在了1000秒时间。  研究人员指出,这意味着ALPHA小组掌握了捕获更多反氢原子的技术。下一步计划是冷却一小群反氢原子,以观察它们在重力作用下是升还是降,回答有关反物质属性的关键问题之一。  实验还首次测量了被捕获反氢原子的能量分布。根据计算显示,大部分被捕获的反氢原子处于基态。这些研究拓宽了进一步实验的范围,包括精确研究CPT(电荷—宇称—时间反演)对称、凸显万有引力效应的制冷温度等,也为系统地研究磁阱动力学提供了关键工具。
反物质无处不在
e=mc的平方
登录百度帐号推荐应用第一次,中国科学家造出了神秘的「反物质」
“反物质”不再遥不可及:国内首次利用超强超短激光产生反物质
出品:科普中国
制作:中国科学院上海应用物理研究所 幻彩宝宝科普创新公社
监制:中国科学院计算机网络信息中心
2016 年 3 月 10 日,中国科学院上海光机所强场激光物理重点实验室宣布其利用超强超短激光成功产生了反物质——超快正电子源,这也是我国科学家首次利用激光成功产生反物质,这一发现将在材料的无损探测、激光驱动正负电子对撞机、癌症诊断等领域具有重大应用。
这一重要发现再次引起各界对于“反物质”的关注,而这一经常出现在科幻电影中的名词其实并没有那么神秘和遥远,我国科学家近年来在反物质领域也取得了许多突破性进展。
国内首次!我国科学家成功利用激光产生反物质
上海光机所强场激光物理重点实验室利用飞秒拍瓦激光装置和高压气体靶相互作用,产生大量高能电子,高能电子和重核材料靶相互作用,由韧制辐射机制产生高强度伽马射线,伽马射线再和重核作用产生正负电子对。正电子谱仪经过精心设计,成功解决了伽马射线带来的噪声问题,利用正负电子在磁场中的不同偏转特性,实验中在单发条件下就成功观测到了正电子。这也是我国首次利用激光产生反物质。
上海光机所早在 2001 年就开始超强超短产生正负电子对的理论研究,提出利用强激光和纳米薄膜靶相互作用产生正负电子对。该工作在国际上得到了广泛关注,超强超短激光产生的超快正电子源,获得反物质超快正电子源将对激光驱动正负电子对撞机等具有重要意义。未来,在高能物理、材料无损探测、癌症诊断领域都有广泛的应用前景。
图 2 超强超短激光产生正电子示意图
揭秘反物质的“前世今生”
我国科学家首次成功获得反物质引起了科学界的巨大反响,那么究竟何为反物质?反物质的发现经历了怎样的历程?科学界普遍认为,宇宙起源于大爆炸,之后逐渐演化、发展、膨胀,直至今天的物质世界。科学家们认为在大爆炸的初期,物质与反物质几乎是对称存在的。但是,为什么自然界中充满肉眼可见的普通正物质,但却看不到反物质呢?反物质是否存在?存在的形式又是怎样?这也是现代物理学研究的基本问题之一。
图 3 反物质示意图
反物质的概念由英国物理学家狄拉克于 1931 年因为狄拉克方程负能解问题而首次提出。1932 年安德森在宇宙射线中发现正电子;1955 年塞格雷和张伯伦通过伯克利的同步稳相加速器把质子加速后打到铜靶上而发现了反质子;1956 年考克等人利用反质子轰击质子,在湮没过程中观察到了中子和反中子,其他的反粒子也在随后的科学实验中被逐渐发现,众多的诺贝尔奖工作成果让反物质的概念开始深入人心。
简言之,物质和反物质是对称的,其所有的性质或是相同或是相反。在这个逻辑下,如果用反质子和反中子代替原子核中的质子和中子的话,就得到一个反原子核。如果再配以正电子,就形成反原子,例如欧洲核子中心科学家实现的实验室捕捉反氢原子技术。再用反原子组成反分子,构成反物质。
国际首次:我国科学家发现反超氚核和反氦 4
其实早在上海光机所成功获得反物质之前,国内在反物质领域的研究就已经取得了国际性的进展,中国科学院上海应用物理研究所马余刚等,就曾连续取得两项国际首次,即首次发现超氚核和反氦 4,是迄今为止科学家发现的第一个反超核粒子和最重的反物质核。
2010 年,国际螺旋管径迹探测器(STAR)协作组为探寻宇宙起源的早期物质状态,在美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)上开展了实验研究。中国科学院上海应用物理研究所陈金辉、马余刚等与 STAR 协作组其他中外科学家合作,他们通过反氦3和π介子衰变道的不变质量谱重构,首次探测到第一个反超核粒子———反超氚核。这是迄今为止科学家们发现的第一个含有反奇异夸克的反物质原子核,它可能大量存在于宇宙的婴儿期。相关研究结果发表在 2010 年4月2日《Science》上。
图 4 从末端(左图 A)和侧面(右图 B)看到的反超氚核事件在时间投影室中的飞行轨迹。图中径迹实线部分为时间投影室记录到的部分, 虚线段为延伸到碰撞顶点部分
2011 年,STAR 实验组在寻找到质量数等于 3 的反超氚核的基础上,通过其主探测器中的时间投影室(TPC)和中国 STAR 合作组研制的桶形飞行时间探测器(ToF),在采集到的接近 10 亿次金—金核对撞产生的约 5 千亿个带电粒子里找到了 18 个反氦 4 原子核。反氦 4 可能是未来很长一段时间内人类所能探测到的最重的反物质原子核,因为下一个更重的稳定反物质原子核产生的可能性是反氦 4 的百万分之一。其中起到关键性作用的 ToF 探测系统是由中美 STAR 合作组合作完成的, 探测器硬件和相应的物理部分是由 STAR 中国组研制完成的。马余刚及其领导的课题组与美国布鲁克海文国家实验室研究员唐爱洪等为主合作完成了这一重要发现。相关论文于 2011 年 5 月 19 日发表在《Nature》周刊上。
图 5 STAR 探测器结构示意图
从定性到定量:反物质相互作用的首次测量
目前为?,科学家们已经探测到了多种粒?对应的反粒子,即做了许多定性的观测,然?对反物质的定量研究却很少。以上海应物所研究?员为主的团队利用金核 - 金核碰撞中产?的丰富的反质子,测量了反质子 - 反质子动量关联函数,并?次定量地提取反质子 - 反质?相互作用参数。在实验精度内,反质?- 反质子的散射长度和有效力程与质子-质子的是相等的,也就是说反物质间的相互作?与正物质并没有差别。在此次反物质间作用力的首次测量过程中,马余刚及其领导的课题组与美国布鲁克海文国家实验室研究员唐爱洪等合作, 从 2012 年初提出研究思路到历时 3 年多进行艰难的数据分析,为最终反物质间相互作用力的测量做出了关键性贡献。相关论文于 2015 年 11 月 19 日发表在《Nature》周刊上。
反物质究竟能给人类带来什么改变?
反物质从概念提出到目前取得的系列进展,显示了这个领域巨大的潜力。但是将反物质应用到人类生活的想法,现在还停留在科幻小说阶段。
但是以现有的发展速度,我们不难想象,利用反物质与普通物质湮没时能释放出的巨大能量,可以完美解决宇宙飞船的燃料问题,包括美国宇航局在内的一些专家已经在从事这方面的前沿研究,但目前进展非常缓慢。主要原因在两方面,其一是我们去哪里找反物质?既然宇宙中找不到反物质,人类只能自己去制造它。借助于传统加速器技术来产生反物质是一个普遍认可的方法,但是它的效率非常低,造价极其昂贵。其二是反物质的储存问题,即使到遥远的将来,人类可以理想的制造出反物质,怎么安全储存它将会是摆在科学家面前的另一个关键问题。但是当前反超氚核、反氦 4 的发现和反质子相互作用测量及其后续研究,无疑为反物质应用提供宝贵的信息。
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