【物理學重大突破：科學家首次發現反物質(圖)】

江南布衣

【物理學重大突破：科學家首次發現反物質(圖)】

鳳凰網科技訊北京時間11月19日據國外媒體報導，近日歐洲原子核研究委員會（CERN）的科學家宣稱首次發現了反物質，這是一個意義重大的歷史突破，星際迷航裡用來驅動柯克船長進行太空旅行的反物質不再只存在於電影裡。

這組英國和國際科學家組成的研究小組在實驗室“捕捉”到了38個反氫原子。

雖然這次實驗不能幫助科學家製造出曲速引擎、反物質驅動裝置、或者找到比《星際迷航》光速旅行更快的方式，但卻很有可能解釋宇宙的本質和起源。

 

圖1 星際迷航裡，企業號星艦乘著克林貢戰艦。這艘航天器利用反物質實現驅動

反物質就是正常物質的鏡像，正常原子是由帶正電荷的原子核構成，核外被帶負電荷的電子包圍。

然而反物質的構成卻完全相反，它由帶正電荷的電子環繞帶負電荷的原子核。

當物質和反物質相撞，它們會立即相互湮沒，釋放出大量能量。

自1931年英國物理學家保羅‧狄拉克(Paul Dirac)首次提出反物質存在理論以來，反物質就一直是科幻小說和電影的主題。

在電視和電影系列《星際迷航》中，反物質反應堆被用來驅動“企業”號航空母艦進行太空之旅，而在丹‧布朗的驚悚電影《天使與魔鬼》裡，藏匿在羅馬的反物質炸彈是整個電影的主線。

 

圖2 歐洲核子研究中心的ALPHA實驗首次成功捕獲反物質

這些粒子云被導入類似的正電子云中（反物質電子），兩種粒子結合形成反氫原子，最終在六分之一秒內在磁場成功捕捉到反氫原子。

 

圖3 如何捕捉到反物質： 物理學家首先將3萬個反質子冷卻到絕對零度以上200度，也就是200開爾文，冰將2百萬的正電子冷卻到40開爾文，然後將兩者結合。

這個實驗是在一個磁捕集器裡，也就是俗稱的亞普阱(Ioffe-Pritchard Trap)進行的。

這個捕集器太“深”了以至於它只能捕捉到慢速移動的反原子。

在將反質子和正電子結合後，關掉磁捕集器後電場就開始將設備中殘餘的帶電粒子清掃出去，它開始找尋任何朝物質飄去的殘餘的反原子並將它消滅以產生檢測粒子。

在335次實驗後，物體學家總共發現了38個被捕捉到的原子—幾乎每10 次實驗捕捉到一個。

 

圖4 ALPHA探測器包含一個截獲正電子和反質子的電子陷阱（黃色），它位於一個捕獲反氫原子的磁捕集器裡（紅色和綠色），而後者又在一個探測原子淹沒的粒子探測器裡（灰色）

卡爾加里大學物理學與天文學系主任羅布‧湯普森教授說：“這是一項重要發現，它有可能實施一些實驗，其結果很可能會改變我們對基礎物理學或者目前我們對世界的基本看法。

我們已經捕捉到大約38個原子，數量相當少，連一杯咖啡都熱不了，更別提驅動星際迷究。

從理論上講，1磅(約合450克)反物質的破壞力比最大的氫彈還要強。

然而製造和保存哪怕一丁點的反物質都是極其困難和昂貴的，將它用於製造超級武器則更是來日方長。

最新一期《自然》雜誌刊登了日內瓦CERN的核研究。

科學家使用反氫激光物理儀器(簡稱ALPHA)，冷卻帶負電荷的反質子(氫原子核的鏡像)，將其擠壓至長20毫米、寬1.4毫米的火柴棍大小的雲狀物中。

物理系的教授保羅諾蘭解釋道：“在ALPHA實驗中當反氫衰變，它會從它存在的一端放射出粒子，其實也就是介子。

在反氫形成的區域我們放置了探測器，每當它向外發射一枚介子我們能得到三點。

利用電腦我們能將這些點構成線，由此追踪反氫的源頭。

研究這些粒子能夠幫助我們更好的理解反物質的構造，以及宇宙的物理屬性。”

 

圖5 這個圖表展示了粒子瞬間產生的碰撞，由此產生了38顆被捕捉到的反氫原子。

這個實驗或許可以幫科學家揭開宇宙最大的未解之謎之一。

科學家認為當137億年大爆炸產生宇宙時，產生了相同數量的物質和反物質。

然而現在宇宙完全被正常物質所主宰。

科學家長期以來就在想消失的反物質究竟去了哪裡。

英國斯旺西大學教授麥克‧查爾頓說：“氫原子是所有原子中結構最簡單的，反氫是在實驗室最容易製造的反物質類型。深入了解它將有助於揭開這個謎團—為什麼現在已知的宇宙是由物質而非反物質構成的。”

（編譯/嚴炎劉星）

引自：http://tech.ifeng.com/discovery/detail_2010_11/19/3163113_0.shtml