位于日內(nèi)瓦法瑞交界的歐洲核子研究中心(CERN)日前發(fā)布新聞稱,該中心阿爾法(ALPHA)試驗室科學(xué)家成功地將309個反氫原子“抓住”長達(dá)1000秒的時間,打破了迄今為止反物質(zhì)留存時間最長紀(jì)錄。
“如此長的時間足夠科學(xué)家對之進行分析并進一步研究相關(guān)屬性,盡管目前發(fā)現(xiàn)的反氫原子數(shù)量極其有限。”該試驗室新聞發(fā)言人韓斯特先生(Jeffrey Hangst)表示。據(jù)了解,該中心科學(xué)家曾于去年11月利用反氫原子微弱的磁性,成功地用“磁場陷阱”束縛住了38個反氫原子并使其留存0.17秒。如果說,去年的試驗發(fā)現(xiàn)進一步證明了物理學(xué)界的“宇宙對稱學(xué)說”——確實存在反物質(zhì),那么本次試驗結(jié)果則給人類研究反物質(zhì)和進一步解讀宇宙奧秘提供了現(xiàn)實可能性。
北京大學(xué)錢思進教授對記者形象地解釋說,按照物理學(xué)對稱理論,宇宙大爆炸產(chǎn)生了等量的物質(zhì)與反物質(zhì),而反物質(zhì)至今才被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)。“如果這種對稱理論存在,那么在遙遠(yuǎn)的宇宙中還存在著與我們當(dāng)今現(xiàn)實物質(zhì)世界完全相互對稱的另一個反物質(zhì)世界。”電子具有負(fù)電荷屬性,按照此理論,一定存在一個正電荷電子;那么同樣可以猜想在宇宙中還存在著另一個屬性相反的“銀河系”及其生存物體,包括千千萬萬個體存在的屬性相反的人類;按照物理學(xué)能量守恒原理,宇宙大爆炸產(chǎn)生了屬性不同的物質(zhì)世界,但當(dāng)這兩個屬性不同的物質(zhì)世界相遇時則會產(chǎn)生能量(或者說爆炸)并瞬間消失,產(chǎn)生新的物質(zhì)世界;如果上述能量足夠大的兩個物質(zhì)世界的物體相遇時,就會產(chǎn)生地球和人類的災(zāi)難。
宇宙的神秘現(xiàn)象或多或少引起民間疑惑,普通民眾擔(dān)心類似“黑洞”、“反物質(zhì)”、“磁單極”和“真空泡”等各類猜想。比如,高能粒子對撞產(chǎn)生的“黑洞”會把現(xiàn)實世界“吞噬”掉;大到猶如地球體積的“反物質(zhì)”會與地球相遇時相互“湮滅”,并成為一團光等。
錢教授對此解釋說,“這些擔(dān)憂完全沒有必要。”科學(xué)家奮斗了十幾年,至今僅制造出如此少量的反氫原子,即使再努力10億年,所能造出反氫原子數(shù)量與當(dāng)今物質(zhì)世界相比也微不足道;另外,地球經(jīng)受了幾十億年的宇宙射線“轟擊”,而“微觀黑洞”只是一個理論假說,即使存在,它的特性也與星系間的大尺度“宏觀黑洞”截然不同,其體積比質(zhì)子還小,且壽命極短轉(zhuǎn)瞬即逝,不會給現(xiàn)實世界留下任何影響和痕跡。
人類還遠(yuǎn)未充分認(rèn)識物質(zhì)世界。據(jù)歐洲核子研究中心資料介紹,在人類未知的96%的宇宙空間中,有70%的宇宙是由一種新形式的能量——“暗能量”所組成,而剩下26%的部分則是“暗物質(zhì)”。與正常物質(zhì)不同,“暗物質(zhì)”憑借普通技術(shù)手段無法觀測。而此次科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的反物質(zhì)并使之留存1000秒則為人類打開探索宇宙奧秘之門提供了鑰匙。
該中心的科學(xué)家們曾用高頻手段“轟擊”反氫原子并記錄了反氫原子消失的過程,這使人類可以首次嘗試了解反氫原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。據(jù)悉,在發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)之后,該中心科學(xué)家將在反物質(zhì)與物質(zhì)的等量屬性上做進一步的研究,即在浩渺的宇宙中是否存在一個體積、重量、結(jié)構(gòu)、外觀等眾多指標(biāo)相同的另外一個反物質(zhì)世界,以進一步證實物理學(xué)對稱理論。
(本報日內(nèi)瓦6月8日電 本報駐日內(nèi)瓦記者 宋 斌)
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什么是反氫原子
用自然界不存在的原子進行試驗在基礎(chǔ)物理研究中作用很大,但是面臨的重大挑戰(zhàn)是,非自然存在的原子其存在的時間特別短暫。一般的反物質(zhì)原子有一個粒子和一個反粒子,非常不穩(wěn)定,存在的時間不到1微秒。反氫原子則完全由反粒子——一個帶負(fù)電的反質(zhì)子和一個帶正電的正電子組成,根據(jù)宇稱理論,氫原子比較穩(wěn)定,反氫原子也應(yīng)有等長的穩(wěn)定存在時間。所以科研人員選用反氫原子來研究反物質(zhì)。
反物質(zhì)是由反粒子組成的物質(zhì),反粒子的質(zhì)量等特性與組成普通物質(zhì)的粒子相同,但電荷等特性相反。反氫原子是氫原子對應(yīng)的反物質(zhì)形態(tài),氫原子由一個帶負(fù)電的電子和一個帶正電的質(zhì)子構(gòu)成,反氫原子則與它正好相反,由一個帶正電的正電子和一個帶負(fù)電的反質(zhì)子構(gòu)成。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,雙方就會相互湮滅抵消,發(fā)生爆炸,釋放出高能光子或伽馬射線,能量釋放率要遠(yuǎn)高于氫彈爆炸。
此次歐洲核子研究中心采用了先進的反物質(zhì)捕捉技術(shù),捕捉器每次捕捉到的反原子數(shù)量增加了5倍?？蒲腥藛T相信,如果困住反氫原子的時間足夠長的話,就可對反物質(zhì)深入進行一系列基礎(chǔ)研究,如研究電荷——宇稱——時間逆反理論,反氫原子在冷卻到一定溫度時的重力效應(yīng)。
反物質(zhì)概念是英國物理學(xué)家保羅·狄拉克在20世紀(jì)30年代提出的。1932年美國物理學(xué)家卡爾·安德森在實驗中證實了正電子的存在。隨后又發(fā)現(xiàn)了負(fù)質(zhì)子和自旋方向相反的反中子。2011年5月初,中美兩國科學(xué)家合作發(fā)現(xiàn)了迄今最重的反物質(zhì)粒子——反氦4。
正反物質(zhì)的不對稱疑難,是物理學(xué)界所面臨的一大挑戰(zhàn)?？茖W(xué)家認(rèn)為,在宇宙誕生的大爆炸中產(chǎn)生了等量的物質(zhì)與反物質(zhì)。后來,由于某種原因,大部分反物質(zhì)轉(zhuǎn)化為物質(zhì)。再加上有的反物質(zhì)難于被觀測,所以,人們觀察到的世界主要是由物質(zhì)組成。研究反物質(zhì)原子的特性、比較它們與普通原子在物理規(guī)律上是否對等,有助于解開疑問。 (郭林）
