什么是反物质 和反物质有关的研究有哪些?

2022-08-11 15:28:01

什么是反物质

科学作家戈登·弗雷泽在《反物质:世界的终极镜像》一书中写道:“反物质对星际迷航中‘企业号’的运行是决定性的,要是没有反物质,就没有星际迷航。”此言不虚,在电影《星际迷航》中,反物质是星际旅行的基础,“企业号”飞船正是以正反物质湮灭产生的强大能量作为推力,实现超光速飞行。

而在小说家丹·布朗的小说《天使与魔鬼》中,欧洲核子研究中心(CERN)的科学家在实验室中制造出了反物质,仅需0.25克的反物质就足以在顷刻间毁掉梵蒂冈。

和反物质有关的研究有哪些?

反物质不仅存在于电影情节和文学创作中,还是科学研究的重要方向之一。中国科学院高能物理研究所研究员李祖豪认为,要认识反物质,便绕不开这几个名字:

1928年,“反物质之父”保罗·狄拉克写下了一个用来描述电子的方程,这个方程也就是后来大名鼎鼎的“狄拉克方程”,它使年仅26岁的狄拉克在科学界一举成名。狄拉克方程在理论上预言了反物质的存在——一个电子必须有一个等量但带着相反电荷的对应粒子。狄拉克将这些新粒子称为“反粒子”。

1929—1930年,我国物理学家赵忠尧在实验中观测到了“反电子”存在的痕迹,其论文为研究“正—负”电子对的产生提供了证据,在反物质的研究中,留下了中国科学家的“足迹”。

让反粒子从理论走进现实的是美国物理学家安德森。1932年,安德森宣布在宇宙线中发现了“反电子”,证实了反粒子的存在。1936年,年仅31岁的安德森凭借这一发现和科学家赫斯分享了诺贝尔物理学奖。

1955年,张伯伦和塞格雷等科学家利用高能质子同步稳相加速器成功“捕捉”到了反质子,二人在1959年分享了诺贝尔物理学奖。随后,科学家们陆续制造出了反中子和反氘核等反粒子。

1995年,欧洲核子研究中心的物理学家奥尔勒特带领团队进行了第三次制造反物质原子的实验,在为期3周的反质子与氙原子的碰撞实验中,一共产生了9个反氢原子,其平均存活时间为一亿分之四秒,以接近光速行驶了十几米,然后就与正物质发生湮灭。这意味着,在实验室成功制造出了第一批反物质原子——反氢原子。

关键词: 星际迷航 世界的终极镜像 天使与魔鬼 欧洲核子研究中心