什么是反物质?反物质的发现过程,科学家如何捕获反粒子

  2011年欧洲核子研究中心利用磁场陷阱将309个反氢原子捕获长达1000秒之久,这里的反氢原子就属于我们经常所说的反物质反物质的发现过程可以追溯到1928年保罗狄拉克推导出了一个将量子力学领域的薛定谔方程。和爱因斯坦的狭义相对论相结合的狄拉克方程,但其他物理学家很快提出了质疑因为这个方程同时存在政治家和,复制解这意味着存在负能量的电子而这在当时是违背物理学基本理论,的倘若去掉,负值姐又会引来数学的内容。哎矛盾于是狄拉克将这种奇怪的数学解暗示违反电子,四年后美国物理学家安德森在云室中捕捉到了带正电电子的清晰,轨迹证明了狄拉克的预言这也是人类首次发现反,粒子到20世纪50年代随着反质子和反。种子相继被,发现人们这才意识到任何基本粒子在自然界中都有相应的反粒子存在这些反粒子可以组成反物质反物质相当于普通物质的镜像,普通原子由带正电的原子核和带负电的电子组成而反物质正好相反我们的雨。

  六中存在着大量重粒子组成的物质,然而却没有发现,稳定,的有反粒子组成的,反物质,于是科学家试图在实验室中制造它生产反电子的过程并不难,它们在某些类型的放射性衰变中就能产生并且可以被电场和磁场捕获然而难度在于。与制造质量更大的反质子反质子除了拥有相反的电荷和自旋外在其他任何方面似乎都与质子无异在大型强子对撞机里科学家通过质子撞击致密金属产生反质子但由于这种方式产生的质子移动速度太快无法被电磁场陷阱。捕获因此需要对产生的反质子降速以便于反电子配对形成反氢原子所有这些操作都要非常小心,因为反物质一旦遇到物质便会湮灭物质和反物质湮灭会释放巨大的能量和高能辐射,仅一刻反物质湮灭就能产生核弹的爆炸。大规模,但人类目前制造反物质的难度很大且成本极高,每次换一个质子杂项靶标可产生1000万个反质子但最终有效的反质子,仅有10个左右基于的或被逃脱或被湮灭或因状态错误而被丢弃。

  迄今为止,人类在实验室制造的,反物质,总量,不足,19纳,克即使这些反物质一次性全部湮灭,其释放的能量不足以烧开一杯水,据2006年nasa的一篇论文,预测实验室制备,一克反物质需要250亿美元,因此反物质有着最昂贵。的物质支撑,反物质似乎离我们的生活非常遥远但事实上少量反物质以宇宙射线和高能粒子的形式不断地从太空降落到地球上,更有一些反物质近在咫尺比如,香蕉,每75分钟释放出一个反电子之所以出现这一现象。是因为香蕉中含有少量的钾40他在衰变的过程中会释放出反电子事实上,人体本身,也,含有,钾40这就意味着人体也会释放反电子,既然反物质,可以,看作为物质的镜像那么在重力的作用下,反物质会向下落还是向上飞。爱因斯坦,的,广义,相对论,告诉,我们任何物质受到同等作用的引力,但有一些物理理论预言反物质具有负质量,它将被物质排斥而非吸引反物质的这种属性可能会解释身份尚不明确的暗能量的作用机制但绝大多数理论学家认为。

  这样的宇宙在本质上,是不稳定的,这就意味着镜像宇宙并不存在实质今日虽然人类还不能制造和存储大量的反物质但在一些科幻小说或电影中将反物质作为星际飞船的超级燃料美国肯特州立大学的分析结果显示反物质,燃料可将。火箭速度,加速,至光速,的70%从理论上来说,反物质作为星际飞船的燃料是可行的但在这项构想付诸实施之前科学家必须解决反物质数量稀少和难以存储两大难题,如果,有一天科学家能够找到制造和收集大量反物质的方法。那么,有,反物质,作为燃料的,星际,旅行有可能从梦想走进现实,宇宙起源的标准理论认为在宇宙大爆炸发生之初宇宙中产生了同等数量的物质和反物质,这些正反物质相互湮灭只剩下能量从理论上来说我们应该是不存在的。但事实并非如此,宇宙,中,遗留下来的,绝大多数,都是正粒子这就是所谓的正反物质对称性破缺有些物理学家认为在宇宙大爆炸,之初某种机制导致了重粒子和反粒子的数量出现了细微的差异只有大约十亿分之一的正离子被保留。留下来而对应的反粒子则全部湮灭殆尽,后来的宇宙经过漫长的演化和成了原子诞生了恒星和星系乃至生命而这一切都只不过是那残留的十亿分之一的正物质。


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