反物质和暗物质

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1、反物质和暗物质【反物质】众所周知，世界由物质组成。人类已知的物质是正物质，由原子组成。原子由带正电的质子和带负电的电子以及中性的中子组成。与此相反，反物质由带负电的质子和带正电的电子组成。迄今为止，人们还没有在现实中找到反物质的存在有力证据。它会不会“藏身”于遥远的太空呢？这是目前粒子物理学家和天体物理学家关注的焦点之一。【暗物质】是宇宙中看不见的物质，也就是说没有发出可见光或其他电磁波，用天文望远镜观测不到。不过，暗物质同样产生万有引力，对可见物质产生作用。暗物质是科学家们苦苦寻找的另一个目标。现在人类所看到的天体，要么发光，如太阳；要么反光，如月亮。有迹象表明，宇宙中还有大

2、量人们看不见的物质存在。科学家推算，根据现有的假说和观察，科学家估计暗物质质量占宇宙总质量的９０％以上。宇宙大爆炸假说    【由来】根据大爆炸假说，我们所在的宇宙是在约１４０亿年前由一个非常小的点爆炸而形成，宇宙产生物质的同时，也产生了反物质。两者数量大体相当，其中“物质”多了一点点。尽管目前物质的存在显而易见，但反物质存在的证据仅有实验室观测到的稍纵即逝的极微量反粒子。科学家认为，反物质无法在地球环境中存在，因为一旦遇到地球上的物质，二者将湮灭，不过反物质在太空中可能存在。【阿尔法磁谱仪（ＡＭＳ）】主要本领基于其强大而特殊的磁场。带电粒子进入磁场后轨迹会发生变化，不同带电粒

3、子的轨迹变化也不同，而不带电的粒子的轨迹则不会发生变化，因而观测粒子进入这一磁场后轨迹是否变化，变化程度有什么不同，就可以推知这是何种粒子。与天文望远镜观测物质发出的可见光和电磁波不同，磁谱仪直接观测粒子本身。因而，磁谱仪能够发现天文望远镜无法发现的暗物质和反物质。 【“阿尔法磁谱仪（ＡＭＳ）”实验】是以在空间寻找反物质和暗物质为使命的大型国际合作科学实验项目。“阿尔法磁谱仪”实验上世纪９０年代启动，它由诺贝尔物理学奖得主、华裔美国科学家丁肇中教授领导，美、中、法等１６个国家和地区的数百名研究人员参与其中。这一项目被认为是继人类基因组计划、国际空间站计划、强子对撞机计划后的又一

4、个大型国际科技合作项目。“阿尔法磁谱仪１（ＡＭＳ－０１）”——是人类送入宇宙空间的第一个大型磁谱仪。１９９８年６月由美国“发现号”航天飞机搭载，在距离地球表面约４００公里的高空成功进行了为期１０天的首次太空试验飞行。受美国“哥伦比亚”号航天飞机失事影响，ＡＭＳ实验几度受挫。此后，科学家开始研制ＡＭＳ–０２。“阿尔法磁谱仪２（ＡＭＳ–０２）”——于２０１１年５月１６日由美国“奋进号”航天飞机搭载到国际空间站上长期运行。“ＡＭＳ－０２有强大的接收度，很高的粒子识别能力和能量测量水平。中国是ＡＭＳ实验参加国之一。中科院电工研究所、中科院高能物理研究所、中国运载火箭技术研究院等单位最早

5、参与了这项国际合作，并成功研制出其核心部分——永磁体系统。科学家曾尝试用超导磁体代替永磁体。尽管这种方法可以产生更强的磁场，但超导磁体需要液氦冷却，太空中无法补充液氦，这样磁谱仪寿命只有３年。而使用永磁体的磁谱仪的使用寿命长达１８年至２０年，所以专家们决定沿用永磁体。此外，ＡＭＳ－０２在ＡＭＳ－０１的基础上增加了若干新的子探测器。其中，中科院高能物理研究所与中国航天科技集团公司的科学家和意大利、法国科学家共同研制出作为探测器关键部分的电磁量能器。据悉，ＡＭＳ－０２的数据正源源不断地由中继卫星从太空站下载到新墨西哥州白沙基地，随即传输到欧洲核子研究中心。电子和γ是寻找暗物质的关键

6、探针。安装于ＡＭＳ－０２上的电磁量能器由高能所和中国运载火箭技术研究院与法国、意大利专家联合研制而成。此外，中国科学家对这些宇宙线事例进行了鉴别，利用磁谱仪测的动量给出了质子、氦、锂、铍、硼和电子的初步能谱。神秘的暗物质和反物质反物质和暗物质很令科学家头痛——从理论上讲，它们应当存在，但现实中又苦于找不到它们存在的真凭实据。为求突破，在诺贝尔奖获得者、美籍华人科学家丁肇中的领导下，16个国家的研究人员开始了寻找这两种神秘物质的征程。我们已知的物质是正物质，它由原子组成，原子由带正电的质子和带负电的电子以及中性的中子组成。与此相反，由带负电的质子和带正电的电子组成的物质就是反物质

7、。正物质和反物质相遇会产生爆炸，释放出大量能量。根据目前的大爆炸假说，我们的宇宙是在约140亿年前由一个非常小的点爆炸而成。大爆炸时，宇宙在产生正物质的同时，也产生了反物质。两者数量大体相当，正物质多了一点点。为什么我们现在找不到反物质呢？科学家推测，一种可能性是反物质存在于宇宙的另外一部分。那里的一切是由反物质组成的，由于反物质发射出的可见光和其他电磁波与正物质发出的没有什么区别，因此即使我们用天文望远镜看到它们，也无法断定它们是反物质。另一种可能性是，宇宙诞生之初，正物质和反物质相遇相互