反物质 详解与解析

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1、反物质离我们有多远导读在美国作家丹·布朗的畅销小说《天使与魔鬼》中，犯罪集团从欧洲核子研究中心（CERN）盗取反物质，企图用以炸毁整座梵蒂冈城。这是“反物质”这个概念作为科幻小说元素最新近、最让人印象深刻的一次出场。于是当人们发现CERN真的成功制造，并且捕获反物质时，无不惊叹科幻成真，亦担心所谓的“末日武器”终将降临。事实上，制造反物质对于科学家来说已经并不新鲜，甚至部分反物质粒子已经被运用在医学领域。但以目前人类的科技水平，把反物质用作能源或军事依然纯属科幻。我们为何要研究反物质“1928年，英国科学家迪拉克最早提出了反物质的概念起，就不断有科学家证实反物质的存在和它

2、有可能存在的巨大能量。根据科学家的假设：正物质和反物质相遇后会湮灭，正反物质的质量将全部转化为能量。就目前所知道的所有物理反应而言，反物质是效率最高的燃料，同时也是一种致命武器，威力强大，不可阻挡。”研究宇宙起源，开发22世纪超级能源科学家认为，反物质是一种假想的物质形式。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，如同普通物质是由普通粒子所构成的。物质与反物质的结合，会如同粒子与反粒子结合一般，导致两者湮灭，且因而释放出高能光子或伽玛射线。爱因斯坦预言过反物质的存在。根据物理学家的假想，在宇宙形成的最初很短的时间内，宇宙是守恒的，物质与反物质具有相

3、等的丰度。正因正反物质相接触会释放巨大能量，宇宙大爆炸发生——仅仅一秒之后，所有的反物质与大部分（几乎全部）的物质消失，剩下的微量物质形成了我们世界里的一切。因而科学界认为，研究反物质是解开宇宙起源之谜的重要环节。另外，由于理论上物质与反物质的湮灭时质量可完全转换成能量，带来最大的能源效率，且单位产量是核能的千百倍或常规燃料的亿兆倍，所以科学界一直在试图研究其作为新能源的可行性。即最近新闻稿件的说法，用作宇宙飞船燃料六星期可到火星，用作武器爆炸威力超氢弹等等。人类掌握反物质粒子已多时：正电子早被用在医学领域事实上，“反物质”对人类来说并不是太新鲜的事物。早在1928年英国

4、科学家迪拉克最早提出了反物质的概念的4年后，这个假说就得到验证——加州理工的安德森(CarlDavidAnderson)发现了正电子，即电荷为正的电子的存在；1955年在美国伯克利高能质子稳相加速器上，研究人员制造出了第一个反质子，即电荷为负的质子。时至今日，人们发现和制造的反物质粒子虽然不多，但正电子作为反物质的一种形式，已经有了许多实际用途。例如，反物质正在医学领域发挥效用。正子放射断层扫描仪(PETscanner)既是应用了正电子的特性。这种医疗成像技术发明于1974年，是一种类似CT的扫描，将微量带有正子的氟化去氧葡萄糖注入体内，经血液循环传送到体内组织器官，利用

5、正子衰减时激发珈玛射线，以正子扫描仪测知射线的存在，再经由电脑运算组合成全身各层次影像，就能看到癌细胞，为医生提供诊断依据。大国热衷反物质研究“自从反物质的假说被提出，欧美主要发达国家都建立了专门的反物质研究计划。除了出于科学目的，反物质被用作未来能源的前景亦可能是各国看重此项研究的重要原因。科学家在实践上采取了两种途径，一是在自然界中寻找反物质，二是在实验室中制造反物质。尽管这些项目涉及资金高达数十亿美元，但反物质研究进展极为缓慢。”西方各国数十亿美金投入制造反物质中国仅占国际贡献不到1%从上世纪50年代的苏联时期开始，世界各国便或多或少出于战略性考虑从事反物质研究。1

6、967年美国能源部建立费米国立加速器实验室，1996年实验室成功制造了7个反氢原子。而欧洲核子研究中心（CERN）成立于1954年，于1995年利用加速器将速度极高的反质子射流射向氚原子核产生正电子，正电子与反质子结合的原理制造过9个反氢原子，但仅仅在一亿分之三秒（3×10-8秒）后便告消失。2000年9月18日，CERN成功制造出约5万个低能态的反氢原子，这是人类首次在受控条件下大批量制造反物质。本世纪以来，特别是在LHC（LargeHadronCollider，大型强子对撞机）建成之后，全世界高能物理研究的期待重心逐渐由美国向欧洲倾斜。这座历经数次开机、停机、维修才得

7、以完成的家伙耗费了欧洲各国至少44亿美元（维基百科给出的真正造价数额不少于80亿美元）。其中重达5600吨的LHC底夸克探测器（简称LHCb）便是主要用于研究反物质。2009年12月9日，终于完成了第一次真正意义上的对撞。而到2010年11月17日，CERN宣布，成功制造出数个反氢原子后，并借助特殊的磁场首次成功地使其存在了“较长时间”——约0.17秒。这个时间比先前有了实质性延长，足够进行深入的观察研究。由于耗费巨大，西方国家在反物质研究上采取了国际合作的模式。欧洲核研究组织中的法国、意大利、英国等国的科学家们均与美国展开合