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”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(gòu)成等奧秘。

　　物質(zhì)是由分子和原子組成，原子是由帶負(fù)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(fù)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(rèn)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(xiàn)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(gòu)成了現(xiàn)在的宇宙。由于科學(xué)家目前對(duì)反物質(zhì)了解非常少，因此對(duì)宇宙誕生和演化以及物質(zhì)世界構(gòu)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(yàn)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(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室、西北大學(xué)和加州大學(xué)伯克利分校等五個(gè)著名研究機(jī)構(gòu)的天文學(xué)家宣布，他們利用先進(jìn)的伽馬射線探測(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)在宇宙中形成了一個(gè)高達(dá)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(qiáng)25萬(wàn)倍的伽馬射線。銀河系反物質(zhì)“噴泉”是通過(guò)這一相接證據(jù)發(fā)現(xiàn)的，因而它對(duì)深入反物質(zhì)的性質(zhì)幫助不大。為了“面對(duì)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(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。這一核心部分由中國(guó)科學(xué)家制造的儀器，是當(dāng)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(xiàn)”號(hào)上天，盡管沒(méi)有發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)，但采集存貯了大量數(shù)據(jù)。2002年它將被送上國(guó)際空間站，進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)3年的數(shù)據(jù)采集工作。它對(duì)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(yàn)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，揭開了人類研制反物質(zhì)的新篇章�？茖W(xué)家利用加速器，將速度極高的負(fù)質(zhì)子流射向氙原子核，以制造反氫原子。由于負(fù)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(fù)質(zhì)子流中的另外一個(gè)負(fù)質(zhì)子結(jié)合就會(huì)形成一個(gè)反氫原子。在累計(jì)15小時(shí)的實(shí)驗(yàn)中，他們共記錄到9個(gè)反氫原子存在的證據(jù)。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(guó)費(fèi)米國(guó)立加速器實(shí)驗(yàn)室成功制造了7個(gè)反氫原子。此后，在實(shí)驗(yàn)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(yàn)室中制造正電子、負(fù)質(zhì)子等反基本粒子已是輕而易舉，而將正電子與負(fù)質(zhì)子組成反原子尚十分困難，因?yàn)閷⑦@兩種粒子結(jié)合在一起并且能證實(shí)它們結(jié)合成反原子工作十分復(fù)雜，因此科學(xué)家需要研制功能更強(qiáng)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(zhǎng)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。科學(xué)家將利用減速器產(chǎn)生的反質(zhì)子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用磁場(chǎng)對(duì)反質(zhì)子進(jìn)行約束，或?qū)⒎促|(zhì)子與正電子結(jié)合成為反氫原子�？茖W(xué)家計(jì)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(duì)初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。

　　目前，歐洲核子中心正在建設(shè)世界上最大的原子加速器——強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)。這一對(duì)撞機(jī)得到歐洲國(guó)家和美國(guó)、日本、俄羅斯等國(guó)家的支持，預(yù)計(jì)將于2005年建成投入運(yùn)轉(zhuǎn)，估計(jì)耗資60億美元�？茖W(xué)家認(rèn)為，隨著一系列包括探測(cè)器和加速器等研究工具的投入使用，人們將進(jìn)一步揭開反物質(zhì)之謎。