探索反物質(zhì)之謎

　　探索反物質(zhì)之謎

　　歐洲核子研究中心10日（2000年8月）宣布，它建造的反質(zhì)子減速器已經(jīng)投入使用。這一“反物質(zhì)工廠(chǎng)”將幫助科學(xué)家進(jìn)一步探索反物質(zhì)之謎，揭示宇宙誕生和演化以及物質(zhì)世界構成等奧秘。

　　物質(zhì)是由分子和原子組成，原子是由帶負電的電子和帶正電的原子核組成，如果由帶正電的電子與帶負電的原子核組成原子，那么就是反原子，由反原子就可組成反物質(zhì)。

　　科學(xué)家認為，約140億年前宇宙誕生時(shí)產(chǎn)生了大體相等的物質(zhì)和反物質(zhì)，那么現在這些反物質(zhì)到哪里去了？一種解釋說(shuō)在宇宙的某些地方存在著(zhù)由反物質(zhì)組成的星系；還有一種解釋說(shuō)宇宙誕生時(shí)產(chǎn)生的物質(zhì)比反物質(zhì)多了一點(diǎn)，物質(zhì)與反物質(zhì)相互湮滅后，剩下的物質(zhì)就構成了現在的宇宙。由于科學(xué)家目前對反物質(zhì)了解非常少，因此對宇宙誕生和演化以及物質(zhì)世界構成等問(wèn)題很難深入研究。

　　為了探索反物質(zhì)之謎，目前科學(xué)家采取了兩種途徑，一是在自然界中尋找反物質(zhì)，研究反物質(zhì)的自然狀態(tài)；二是在實(shí)驗室中制造反物質(zhì)，從更多的角度研究反物質(zhì)。

　　1997年4月，美國海軍研究實(shí)驗室、西北大學(xué)和加州大學(xué)伯克利分校等五個(gè)著(zhù)名研究機構的天文學(xué)家宣布，他們利用先進(jìn)的伽馬射線(xiàn)探測衛星發(fā)現在銀河系上方約3500光年處有一個(gè)不斷噴射反物質(zhì)的反物質(zhì)源。它噴射出的反物質(zhì)在宇宙中形成了一個(gè)高達2940光年的“噴泉”。這是宇宙反物質(zhì)研究領(lǐng)域的一個(gè)重大突破。

　　正反物質(zhì)相遇可釋放出巨大的能量和比普通可見(jiàn)光強25萬(wàn)倍的伽馬射線(xiàn)。銀河系反物質(zhì)“噴泉”是通過(guò)這一相接證據發(fā)現的，因而它對深入反物質(zhì)的性質(zhì)幫助不大。為了“面對面”地研究反物質(zhì)，科學(xué)家想到了直接“捕捉”反物質(zhì)。在地面，由于大氣干擾，幾乎不可能“捕捉”到反物質(zhì)，因此科學(xué)家把目光投向了太空。

　　1998年6月2日，美國“發(fā)現”號航天飛機攜帶阿爾法磁譜儀發(fā)射升空。這一核心部分由中國科學(xué)家制造的儀器，是當代最先進(jìn)的粒子物理傳感儀，目的是去太空尋找反物質(zhì)。阿爾法磁譜儀這次隨“發(fā)現”號上天，盡管沒(méi)有發(fā)現反物質(zhì)，但采集存貯了大量數據。2002年它將被送上國際空間站，進(jìn)行長(cháng)達3年的數據采集工作。它對反物質(zhì)的探索，很可能帶來(lái)一次科學(xué)突破。

　　在自然界中尋找反物質(zhì)難度很大，而且很難進(jìn)一步研究它的性質(zhì)，因此近年來(lái)科學(xué)家嘗試在實(shí)驗室中制造反物質(zhì)。1995年歐洲核子研究中心的科學(xué)家在世界上制成了第一批反物質(zhì)——反氫原子，揭開(kāi)了人類(lèi)研制反物質(zhì)的新篇章�？茖W(xué)家利用加速器，將速度極高的負質(zhì)子流射向氙原子核，以制造反氫原子。由于負質(zhì)子與氙原子核相撞后會(huì )產(chǎn)生正電子，剛誕生的一個(gè)正電子如果恰好與負質(zhì)子流中的另外一個(gè)負質(zhì)子結合就會(huì )形成一個(gè)反氫原子。在累計15小時(shí)的實(shí)驗中，他們共記錄到9個(gè)反氫原子存在的證據。由于這些反氫原子處在正物質(zhì)的包圍之下，因此它們的壽命極短，平均一億分之三秒（30納秒）。1996年，位于美國費米國立加速器實(shí)驗室成功制造了7個(gè)反氫原子。此后，在實(shí)驗室中制造反物質(zhì)的工作受到很多科學(xué)家的高度重視。

　　目前在實(shí)驗室中制造正電子、負質(zhì)子等反基本粒子已是輕而易舉，而將正電子與負質(zhì)子組成反原子尚十分困難，因為將這兩種粒子結合在一起并且能證實(shí)它們結合成反原子工作十分復雜，因此科學(xué)家需要研制功能更強大的研究工具。

　　10日宣布投入使用的反質(zhì)子減速器是一個(gè)圓形混凝土盒，周長(cháng)188米，耗資1150萬(wàn)美元。它利用磁場(chǎng)將高能反質(zhì)子減速成速度約為光速十分之一的反質(zhì)子�？茖W(xué)家將利用減速器產(chǎn)生的反質(zhì)子進(jìn)行實(shí)驗，用磁場(chǎng)對反質(zhì)子進(jìn)行約束，或將反質(zhì)子與正電子結合成為反氫原子�？茖W(xué)家計劃在今年年底前用反質(zhì)子減速器制造出首批反氫原子，2002年完成對初步實(shí)驗結果的分析。

　　目前，歐洲核子中心正在建設世界上最大的原子加速器——強子對撞機。這一對撞機得到歐洲國家和美國、日本、俄羅斯等國家的支持，預計將于2005年建成投入運轉，估計耗資60億美元�？茖W(xué)家認為，隨著(zhù)一系列包括探測器和加速器等研究工具的投入使用，人們將進(jìn)一步揭開(kāi)反物質(zhì)之謎。