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反物质是如何形成的呢
    2009-01-30 23:06:31    总评论数:0    总访问量:2835
反物质是如何形成的呢

反物质是如何形成的呢

据国外媒体报道,反物质是一种极其神秘的物质,它们与普通物质一起构成了整个宇宙。但长期以来,反物质究竟是如何产生的一直是一个未解之谜。德国的科学家近日称,他们目前已经找到答案:反物质是由中子星和黑洞撕裂恒星产生的。

  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。例如一颗反电子和一颗反质子(正电子)能形成一个反氢原子,如同电子和质子形成一般物质的氢原子。

  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。根据爱因斯坦著名的质能关系式——E=mc2告诉我们,质量泯灭,产生能量。正反物质湮灭时质量几乎损失殆尽,产生的能量比重核裂变和轻核聚变产生的少许质量差异大得多,爆发的能量也大得多,会将100%质量转化成能量,而利用聚变反应的氢弹则大约只有7%的质能转换。

  1932年由美国物理学家卡尔·安德森在实验中证实了正电子(也称反电子)的存在。随后又发现了负质子(也称反质子)和自旋方向相反的反中子。根据科学家的设想,反质子、反中子和反电子如果像质子、中子、电子那样结合起来就形成了反原子。

  反物质倘若能制造出来的话,也需要用磁场或重力场等某种特殊手段约束在真空环境里

  反物质无法在自然界找到,除非是在稍纵即逝的少量存在(例如因放射衰变或宇宙射线等现象)。这是由于反物质若非存在于像物理实验室的人工环境下,则无可避免地随即与自然界的物质发生碰触并湮灭。

  尽管在人们已经在实验室中制造出了为数众多的反原子,然而目前在自然界中尚没有发现反物质。反粒子(例如反氢)可以人工制造出极少量,但却不足以达到可对这些物质验证其理论性的程度。反物质倘若能制造出来的话,也需要用磁场或重力场等某种特殊手段约束在真空环境里。

  理论上宇宙大爆炸时所产生的粒子与反粒子应该数量相同,但是为什么现今所遗留下来的绝大多数都是正粒子,这即重要的物理猜想——“正反物质对称性破坏”(对称破缺)。

  一种在科学界受到普遍认同的理论认为,宇宙大爆炸早期曾产生了数量相当的物质和反物质,随后发生的物质和反物质的湮灭消耗掉了绝大部分的正、反物质,遗留下的少部分正物质构成(正粒子与反粒子的衰变略有不同)了现如今空旷辽阔的宇宙。

  1997年4月,美国天文学家宣布他们在宇宙中发现一个高达2940光年的“反物质喷泉”

  反物质研究是物理研究的前沿领域。在科学与科幻领域,宇宙中是否存在反物质、如何人工制造反物质、如何驾驭反物质,都成了物理之谜中的最大难题之一。

  1995年欧洲核子研究中心的科学家在实验室中制造出了世界上第一批反物质--反氢原子。1996年,美国的费米国立加速器实验室成功制造出7个反氢原子。

  1997年4月,美国天文学家宣布他们利用伽马射线探测卫星发现,在银河系上方约3500光年处有一个不断喷射反物质的反物质源,它喷射出的反物质形成了一个高达2940光年的“反物质喷泉”。

  2000年9月18日,欧洲核子研究中心宣布他们已经成功制造出约5万个低能状态的反氢原子,这是人类首次在实验室条件下制造出大批量的反物质。

欧洲最新的强子对撞试验机隧道内部

  因为物质与反物质的湮灭时带来最大的能源效率,且所以一直有人研究其作为新能源的可行性,主要用于在太空很难补给燃料的航天用,甚至作为反物质武器。

  但是由于目前人为制造反物质的方式,是由加速粒子打击固定靶产生反粒子,再减速合成的。此过程所需要的能量远大于湮灭作用所放出的能量,且生成反物质的速率极低,因此尚不具有经济价值。生产一千亿分之一克的反物质,需要耗资近60亿美元!

欧洲强子对撞试验机核心设备结构图

巨型电磁线圈

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