反物质弹(M388核炮弹)

原标题:“宇宙的另一半”消失还是隐藏？反物质恒星或成解谜关键

反物质和正物质的质量和电荷数相同，但电荷的符号不同且相反。通常，原子核带正电，电子带负电。反物质是正常物质的镜像。它们有带正电的电子和带负电的原子核。

多年来，科学家们一直渴望在宇宙中找到反物质的踪迹。近日，据媒体报道，根据国际空站搭载的阿尔法磁谱仪粒子探测器收集的数据，科学家推测宇宙中可能存在比我们想象的更多的反物质。此前有科学家认为反物质可能以反物质恒星的形式存在于宇宙中。

什么是反物质？反物质和物质是彼此的镜像吗？反物质恒星真的存在吗？带着这些问题，记者采访了相关专家。

反物质从科幻到现实

科学作家戈登·弗雷泽在他的著作《反物质:世界的终极之镜》中写道:“反物质对于《星际迷航》中‘企业号’的运作具有决定性意义。没有反物质，就没有《星际迷航》。”这个说法是对的。在电影《星际迷航》中，反物质是星际旅行的基础，“企业”号飞船利用正反物质湮灭产生的强大能量作为推力，实现超光速飞行。

在小说家丹·布朗的小说《天使与魔鬼》中，欧洲核子研究中心的科学家在实验室中制造出反物质，仅0.25克的反物质就足以在瞬间毁灭梵蒂冈。

反物质不仅存在于电影情节和文学创作中，也是科学研究的重要方向之一。中科院高能物理研究所研究员李祖浩认为，要认识反物质，不能绕过这几个名字:

1928年，“反物质之父”保罗·狄拉克写了一个描述电子的方程，后来成为著名的“狄拉克方程”。这让年仅26岁的狄拉克在科学界声名鹊起。狄拉克方程从理论上预言了反物质的存在——一个电子必须有一个与之对应的数量相同但电荷相反的粒子。狄拉克称这些新粒子为“反粒子”。

从1929年到1930年，中国物理学家赵忠尧在他的实验中观察到了“反电子”存在的痕迹。他的论文为研究“正负”电子对的产生提供了证据，留下了中国科学家研究反物质的足迹。

是美国物理学家安德森将反粒子从理论变为现实。1932年，安德森宣布在宇宙射线中发现“反电子”，证实了反粒子的存在。1936年，年仅31岁的安德森因这一发现与科学家赫斯分享了诺贝尔物理学奖。

1955年，张伯伦和塞格雷等科学家利用高能质子同步加速器成功“捕获”了反质子，他们分享了1959年的诺贝尔物理学奖。随后，科学家们相继制造出了反中子、反氘子等反粒子。

1995年，欧洲核子研究中心的物理学家欧勒特带领一个团队进行了第三次制造反物质原子的实验。在为期三周的反质子与氙原子的碰撞实验中，总共产生了九个反氢原子，它们的平均存活时间为百分之四秒。他们以接近光速的速度行进了十几米，然后与正物质湮灭。这意味着第一个反物质原子——反氢原子已经在实验室成功制造出来。

实验室成功地制造了反物质。那么，宇宙中的反物质生活在哪里？

1997年，美国天文学家宣布，他们利用康普顿伽马射线天文台发现了一个在银河系上方约3500光年处持续喷射反物质的反物质源(银心反物质喷泉)。后来的研究表明，银河系中心存在大量来源不明的反物质，但它并不是以“喷泉”的形式存在的。

2011年，阿尔法磁谱仪的粒子探测器rose 空。目前科学家已经通过该设备观测到了4个反氦的候选案例。“反氦四是反氦核，被认为不太可能是宇宙线碰撞产生的。”李祖浩解释道，“所以，如果我们能够证实宇宙射线中存在反氦四核，那将是反物质天体存在的有力证据。”

正负物质为“一女同胞”

反物质的存在已经被证实，但是一个新的问题出现了——反物质到底长什么样？它和正常物质有什么不同？反物质从哪里来，去哪里？

一般来说，反物质世界是我们现有世界的镜像，它的组成元素、外观甚至光谱结构看起来都和物质世界一样，只是在一些物理特性上有所不同。

“反物质和正物质具有相同的质量和电荷数，但电荷的符号不同且相反。”李祖浩说，“通常，原子核带正电，电子带负电。反物质是正常物质的镜像。它们有带正电的电子和带负电的原子核。”

CERN的一项研究表明，氢原子和反氢原子的光谱结构看起来是一样的。CERN还表示，到目前为止，反物质看起来就像我们所知道的普通物质。

李祖浩认为，科学界普遍认为，大爆炸早期产生了相当数量的正物质和反物质，可以说是“一母一同胞”。但如今地球附近几乎没有反物质，被称为“失踪反物质之谜”。

理论上BIGBANG产生的粒子和反粒子数量应该是一样的，但为什么今天我们看到的都是正粒子？反粒子在哪里？

李祖浩说:“目前有两种假说:一种是由于宇宙演化过程中大爆炸产生的正负物质性质不同，反物质逐渐消失，只剩下正物质，但目前的实验结果并不支持这一结论；另一种观点认为，大爆炸产生的物质和反物质位于宇宙的不同区域。”

换句话说，反物质要么“不辞而别”，要么藏在宇宙深处。

只能等反物质“自陷”

“反物质流失之谜”长期困扰着科学家，关于反物质的假说层出不穷。其中一个假设是反物质可能以反物质恒星的形式存在于宇宙中。这一假设意味着，如果反物质恒星存在，反物质可能构成“宇宙的另一半”。

要检验这个假设，怎么才能找到反物质恒星呢？

李祖浩说，严格地说，现有的研究找不到反物质恒星。目前世界上唯一一台在Tai 空探测反物质的磁谱仪——阿尔法磁谱仪已经在国际站空工作了10多年。其主要任务是寻找反物质和暗物质，精确测量宇宙射线的成分和能谱，以研究宇宙射线的起源。但是阿尔法磁谱仪是固定在国际空站上的。所以严格来说，在现有的研究条件下，我们只能等待反物质进入磁谱仪的探测范围，而不能主动搜索反物质和反物质恒星。

目前探测宇宙中的反物质粒子主要有两种方法。一种是用磁谱仪直接探测反物质，另一种是用高能探测器探测正物质和反物质湮灭产生的高能光子来判断反物质的存在。探测和验证反物质恒星存在的难度在于，判断反物质甚至反物质恒星的存在，需要建立在对宇宙中带电粒子的观测基础上。但与定向光不同，带电粒子没有方向性。因为在传播过程中，带电粒子很容易受到磁场的影响，不断改变方向。因此，即使检测到反物质粒子，也无法判断其来源。科学家无法对拥有数百万年“旅行史”的反物质粒子“刨根问底”，追踪其来源。因此，反物质恒星的探测和验证尤为困难。

尽管如此，许多科学家热衷于探索反物质和反物质恒星的存在。

李祖浩说，如果反物质恒星存在，它将完全由反物质组成，其中所有的基本粒子与我们今天世界中的粒子具有相同的质量和寿命，但电荷的符号等基本物理特征却相反。这如何影响我们所知道的所有物理定律，还有待理论计算和实验的验证。

法国科学家计算出了宇宙中可能潜伏的反物质恒星的最大数量。科学家认为反物质恒星会像普通恒星一样发光，每40万颗普通恒星中就会有一颗反物质恒星。但这一假设是否成立，还有待进一步验证。

“今人不见古月，今月惯随古人”。相对于138亿年的宇宙深处，人类的世代是极其渺小的，很多关于宇宙的问题只能等待时间给我们答案。也许在高能探测器和磁谱仪从未望过的角落，有反物质恒星发出的光，只等人类一瞥。(实习记者罗相如)

来源:科技日报