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研究歷史
編輯
自然界紛呈多樣的宏觀物體還原到微觀本源，它們都是由質(zhì)子、中子和電子所構(gòu)成的。這些粒子因而被稱為基本粒子，意指它們是構(gòu)造世上萬(wàn)物的基本磚塊，事實(shí)上基本粒子世界并沒(méi)有這么簡(jiǎn)單。在30年代初，就有人發(fā)現(xiàn)了帶正電的電子（電子（Electron）是一種帶有負(fù)電的亞原子粒子），這是人們認(rèn)識(shí)反物質(zhì)的*步。到了50年代，隨著反質(zhì)子和反中子的發(fā)現(xiàn)，人們開(kāi)始明確地意識(shí)到，任何基本粒子都在自然界中有相應(yīng)的反粒子存在。
反物質(zhì)是正常物質(zhì)的反狀態(tài)。當(dāng)正反物質(zhì)相遇時(shí)，雙方就會(huì)相互湮滅抵消，發(fā)生爆炸并產(chǎn)生巨大能量。能量釋放率要遠(yuǎn)高于爆炸。 在丹·布朗的小說(shuō)《天使與魔鬼》里，企圖從歐洲核子中心盜取0.25克反物質(zhì)，進(jìn)而欲炸毀整座梵蒂岡城（后于高空爆炸）。
但至于網(wǎng)上流傳的五千萬(wàn)分之一克摧毀大型設(shè)施，以及幾克反物質(zhì)摧毀地球純屬謠言，只是網(wǎng)絡(luò)新聞為了增加關(guān)注度而編造出來(lái)的假消息。五千萬(wàn)分之一克反物質(zhì)與正物質(zhì)湮滅在物理學(xué)中能夠釋放3.6×106焦耳的能量，但不可能摧毀大型設(shè)施。而1克反物質(zhì)（按1克反物質(zhì)與1克正物質(zhì)湮滅計(jì)算）湮滅釋放出1.8×1014焦耳的能量，不可能毀滅地球。其遵守愛(ài)因斯坦的質(zhì)能關(guān)系式E=mc2。其中E為湮滅產(chǎn)生能量，m為參與的正物質(zhì)和反物質(zhì)湮滅前總靜止質(zhì)量，c為光速≈3x108米/秒。
反物質(zhì)概念是英國(guó)物理學(xué)家保羅·狄拉克早提出的。他在1928年預(yù)言，每一種粒子都應(yīng)該有一個(gè)與之相對(duì)的反粒子，例如反電子，其質(zhì)量與電子*相同，而攜帶的電荷正好相反（A）。 且反電子的自旋量子數(shù)是-1/2而不是正1/2。
歐洲*的伽馬射線天文觀測(cè)臺(tái)，證實(shí)了宇宙間反物質(zhì)的存在。他們對(duì)宇宙*的一個(gè)區(qū)域進(jìn)行了認(rèn)真的觀測(cè)分析。發(fā)現(xiàn)這個(gè)區(qū)域聚集著大量的反物質(zhì)。此外，伽馬射線天文觀測(cè)臺(tái)還證明，這些反物質(zhì)來(lái)源很多，它不是聚集在某個(gè)確定的點(diǎn)周圍，而是廣布于宇宙空間。
尋找過(guò)程
1995年歐洲核子研究中心的科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中制造出了世界上*批反物質(zhì)——反氫原子。1996年，美國(guó)的費(fèi)米國(guó)立加速器實(shí)驗(yàn)室成功制造出7個(gè)反氫原子。
1997年4月，美國(guó)天文學(xué)家宣布他們利用伽馬射線探測(cè)衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)，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)形成了一個(gè)高達(dá)2940光年的“反物質(zhì)噴泉”。由于我國(guó)參與了這項(xiàng)研究，因此新聞媒體曾熱心地宣傳過(guò)它。美國(guó)*華裔科學(xué)家丁肇中也正致力于此。
1998年6月2日，美國(guó)發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)攜帶阿爾法磁譜儀發(fā)射升空。阿爾法磁譜儀是專門(mén)設(shè)計(jì)用來(lái)尋找宇宙中的反物質(zhì)的儀器。然而這次飛行并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)，但采集了大量富有價(jià)值的數(shù)據(jù)。
2000年9月18日，歐洲核子研究中心宣布他們已經(jīng)成功制造出約5萬(wàn)個(gè)低能狀態(tài)的反氫原子，這是人類*在實(shí)驗(yàn)室條件下制造出大批量的反物質(zhì)。
如果相信宇宙中有等量的物質(zhì)和反物質(zhì)，那么在三千萬(wàn)光年之外應(yīng)有大范圍的反星系區(qū)存在。在那里，原始的宇宙射線應(yīng)是由反質(zhì)子和反α粒子組成的。那里的部分宇宙射線粒子會(huì)飛進(jìn)我們這個(gè)由正物質(zhì)構(gòu)成的區(qū)域。由于星系際大部分地方很空曠，氣體的密度約只有每立方米一個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量。因此反原子核可自由地飛行很長(zhǎng)的距離。這樣，放置在地球大氣層之外的磁譜儀就能接收到它。這就是阿爾法磁譜儀計(jì)劃的基本想法。
上面已提到，實(shí)際測(cè)到的并不只是原始的射線粒子，它也包含由中途碰撞產(chǎn)生的次級(jí)粒子。因此當(dāng)我們從宇宙射線中發(fā)現(xiàn)了反質(zhì)子，它并不說(shuō)明遠(yuǎn)處一定有反物質(zhì)天體區(qū)存在。這些反質(zhì)子*可能是次級(jí)產(chǎn)生的。反原子核就不一樣。它是由若干個(gè)反核子結(jié)合而成的復(fù)合體，所以不可能是碰撞產(chǎn)生的次級(jí)粒子。因此，如果能從宇宙射線中觀測(cè)到那怕只有一個(gè)反 α 粒子，它將是有力的證據(jù)，表明遠(yuǎn)處有反物質(zhì)天體存在。阿爾法磁譜儀能同時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)定飛入儀器的粒子的質(zhì)量和電荷。當(dāng)太空中有反 α 粒子飛入磁譜儀，它是容易被分辨出來(lái)的。這正是設(shè)計(jì)者所期望的事。阿爾法磁譜儀于2011年升空，它接收到的信息正在陸續(xù)送回，其結(jié)果無(wú)疑非常令人關(guān)注。
若阿爾法磁譜儀的觀測(cè)證實(shí)了遠(yuǎn)處有巨大的反物質(zhì)區(qū)存在，那它肯定是一個(gè)里程碑式的成果。它的意義遠(yuǎn)不僅是證實(shí)了宇宙中有反物質(zhì)天體，更重要的是它對(duì)物理學(xué)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在早期宇宙中，正反粒子必是混合的。按現(xiàn)有的物理理論，沒(méi)有一種己知的作用力能使它們發(fā)生大范圍的分離。因此，如果觀測(cè)證實(shí)遠(yuǎn)處確有已被分離出去的大量反物質(zhì)，物理學(xué)將需要突破性的變化。
宇宙中果真存在神秘的反物質(zhì)，它們?cè)谀睦铮坑浾咦蛱鞆闹锌圃焊吣芪锢硭私獾?，為解開(kāi)這個(gè)世紀(jì)之謎，中國(guó)和意大利在西藏海拔4300米的羊八井地區(qū)，將建成世界上*個(gè)1萬(wàn)平方米“地毯”式粒子探測(cè)陣列實(shí)驗(yàn)站，用以接收來(lái)自宇宙的高能射線和反物質(zhì)粒子。
據(jù)高能物理所天體宇宙實(shí)驗(yàn)室研究員盧紅博士介紹，宇宙高能射線是人類能獲得的惟一來(lái)自太陽(yáng)系以外的物質(zhì)樣本。*以來(lái)，它一直是科學(xué)家探索宇宙奧秘的研究對(duì)象。自從宇宙大爆炸理論出現(xiàn)后，科學(xué)家又一直致力于從宇宙射線中找到猜想中的神秘的反物質(zhì)。但迄今為止，科學(xué)家們都未能找到反物質(zhì)的蹤跡。
據(jù)了解，中國(guó)和意大利科學(xué)家已在羊八井地區(qū)設(shè)置了分散的外觀如蜂箱的粒子探測(cè)器，開(kāi)展了宇宙射線的研究先后接收到了正電子、μ子、л介子等高能粒子。而改建新的“地毯”式探測(cè)陣列，除了面積更大，還由于它是由玻璃板一樣的方形平板組成，可以像鋪地毯一樣拼接而幾乎沒(méi)有縫隙，彌補(bǔ)了過(guò)去間距過(guò)大，丟失信息的缺點(diǎn)。
容納粒子探測(cè)陳列的一萬(wàn)平方米的實(shí)驗(yàn)廳已于6月完工。中意兩國(guó)科學(xué)家正在鋪設(shè)“地毯”，鋪設(shè)和調(diào)試工作大約需要兩年時(shí)間。據(jù)悉，此項(xiàng)世界上海拔的科學(xué)工程，已得到中意兩國(guó)政府的約8000萬(wàn)元人民幣的支持。
