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由带负电的质子和带正电的电子组成的物质就是反物质,理论认为反物质能够创造一个反引力场
2020-04-20 20:42

据英国《每日电讯报》12月2日报道,欧洲核子研究中心的科学家正在对反引力进行测试,测试结果有望革新物理学理论并改变我们对宇宙的理解。

英国每日电邮报道,目前科学家们正在对反引力进行测试,这或可能会革命化物理理论并改变我们对宇宙的理解。反引力是常出现在电影《星际迷航》和其它科幻小说里的特殊力,它使得企业号飞船能够无需使用燃料而在不同恒星之间推进。现在科学家们相信他们距离调查反物质以及解释它能够与引力背道而驰的理论更近了一步。

英国《自然》杂志网站17日刊登研究报告说,欧洲核子研究中心的科学家成功制造出多个反氢原子,并利用磁场使其存在了“较长时间”。这是科学家首次成功“抓住”反物质原子。

反引力一直是包括《星际迷航》在内的科幻电影和科幻小说的“常客”。不过现在,科学家们相信,最新实验或许让他们朝着厘清反物质和反引力理论更近了一步。

欧洲核子研究委员会的物理学家正在欧洲粒子物理研究中心里利用一个特殊的磁烧瓶产生和储存反氢原子或者反物质。CERN的研究小组计划缓慢的关闭磁场观察原子是否会落下还是上升。如果它们上升,而非因引力作用而下降,那么科学家们将发现反物质的新引力特性,整个物理学理论将被改写。

氢原子是只有一个质子和一个电子的最简单的原子。实际上,欧洲核子研究中心早在1995年就第一次制造出了反氢原子,但只能存在几个微秒的时间,就与周围环境中的正氢原子相碰并湮灭。此次的突破之处在于,制造出数个反氢原子后,借助特殊的磁场首次成功地使其存在了“较长时间”——约0.17秒。

反物质很难研究,因为理论研究表明,只要与空气接触,反物质就会爆炸成能量,所以必须将其存储在特殊的由磁场“Hold住”的容器内。在最新实验中,研究人员使用一种特制的磁瓶来产生并存储反氢原子。

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这个时间听起来似乎仍然很短,但对于科学家来说,这个时间长度已十分难得,可以对反氢原子进行较为深入的观测和分析。因此,这一成果被看作是物理学领域的一大突破,将大大推动有关反物质的研究。

接下来,研究团队计划慢慢关闭磁场并观察瓶内的反氢原子是下降还是上升。如果这些原子上升,而非在引力的作用下下降,那么,科学家们将可以发现反物质引力的新属性,而且,整个物理学理论都将被改写。

恒星的出生:捕获反物质的能力意味着我们能够开始“研究被囚禁的动物”而非记录它的破坏力。

反物质至今都是物理学领域的一大谜团。我们周围环境中的物质是正物质,它由原子组成,原子由带正电的质子和带负电的电子以及中性的中子组成。与此相反,由带负电的质子和带正电的电子组成的物质就是反物质。反物质只要和正物质相遇就会湮灭,因此虽然现行理论认为宇宙从大爆炸中诞生时产生了等量的正物质和反物质,但我们很难在宇宙中找到反物质。寻找和研究反物质因此也成为物理学领域的热点和难点。新华网

理论表明,反物质会制造一个反引力场,将周围的事物全部推开,《星际迷航》中的联邦星舰“进取号”就是在此反引力的作用下,不使用任何燃料就可以在恒星之间流畅自如地行进;同样,这一作用力也可被用来让航空器在不使用任何燃料的情况下发射升空。

理论认为反物质能够创造一个反引力场,推动周围的物质,这或可以在几乎无需原料的前提下用于驱动飞机或者《星际迷航》里的太空飞船,使得它们能够在恒星之间来回穿梭。

星际迷航可降“魔”

欧核中心阿尔法-2实验项目的负责人杰弗瑞·汉格斯特表示:“简而言之,如果我们将反物质放入与地球的引力场类似的引力场内,它上升还是下落呢?”

在CERN建造阿尔法-2实验的研究小组首席调查员杰弗里·汉格斯特(Jeffrey Hangst)表示:“简单来说,如果我们将反物质放入类似地球的引力场,它究竟是向下落还是向上升?”反物质非常难调查是因为据称它一与空气接触便会爆炸形成能量,因此它必须储存在由磁场支撑的特殊容器里。

在美国科幻片《星际迷航》里,宇航员把反物质用作星际飞船燃料。而在美国作家丹·布朗畅销小说《达·芬奇密码》的姊妹篇《天使与魔鬼》中,犯罪集团企图从欧洲核子研究中心盗取反物质,用以炸毁整座梵蒂冈城。

假如该研究小组设法发现了氢原子和反氢原子的引力差异,对于试图弄明白为什么宇宙大爆炸所产生的反物质几乎都消失殆尽了的物理学家们来说,这不啻为一个意想不到的福音。

如果这一理论被证明了,它将提供引力存在时宇宙是如何膨胀的以及宇宙大爆炸的解释。根据科学理论,宇宙大爆炸后宇宙中存在的每一种物质都应该伴随着相同数量的反物质。当相应的原子相遇时,它们会彼此湮灭。然而,科学家相信这两种原子之间还是存在细微的差别,使得物质能够横扫反物质从而推动宇宙的发展。

反物质,正常物质的反状态,极不稳定而几乎不存在于自然界。研究人员8年前在实验室里制成反物质,但这些反物质一接触容器壁便瞬息湮灭。抓不住,便无从加以深入研究。

物理学理论表明,宇宙大爆炸之后制造出了同样数量的物质和反物质。当物质原子和反物质原子相遇时,它们会相互湮灭。但科学家们认为,物质原子和反物质原子之间,一定存在着细微的差异,使物质能够“干掉”反物质,并最终形成我们现在所赖以生存的宇宙。

英国《自然》杂志网站17日发布报告,欧洲研究人员在科学史上首次成功“抓住”微量反物质。

而且,诸如暗物质和暗能量的性质等重大的未解之谜,引力似乎也脱不了干系,所以,最新研究或许也能为科学家们提供关于暗能量的“蛛丝马迹”。

首次“抓住” 巧设“磁瓶”克服湮灭

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研究人员2002年在真空环境里造出反氢原子,但造出后不到片刻便已湮灭。如今,欧洲核子研究中心研究员首次成功“抓住”这种反物质。

“星际迷”对于曲速飞行一定不陌生,它被认为是这部科幻作品的各种虚拟科技中,又一项将有希望变为现实的技术。当然,如果有朝一日真正化解了关于反物质的种种疑问,超光速飞行将只是其中一种应用而已。反物质更大的意义,是帮助我们了解宇宙的生成。而且一旦能够对其利用,目前关于能源、武器,甚至人类发展步伐的各种认识,都可能会发生颠覆性的改变。《星际》中,人类在2063年制造出了曲速飞船。还有50年时间,看看科学家是否能再次“跑赢”科幻。

鉴于反物质接触容器壁后便即消失,研究人员利用特殊磁场对反物质加以捕获。

谈及这种看不见、摸不着的捕捉方式,丹麦奥胡斯大学教授杰夫·杭斯特告诉英国广播公司记者,反氢原子具有“少许磁性”,“你可以把它们想象成罗盘指针,能够利用磁场探知它们的存在。我们制成一只强有力的‘磁瓶’,在里面造出反物质”。

另外,反氢原子运动速度不能太快,否则便难以捕获。杭斯特所在研究团队花费5年时间,设法让反氢原子温度降至0.5开氏度,相当于零下272.65摄氏度、即接近绝对零度,使反氢原子处于低能量状态。

“如果它们运动得不至于太快,那么就算被‘抓住’了,”杭斯特说。

理论测算 500克反物质超过氢弹

丹·布朗在畅销书《天使与魔鬼》中把反物质描述成人类目前所知威力最大的能量源。它能以百分之百的效率释放能量,不造成污染,不产生辐射,一小“滴”便可维持美国纽约全天所需能量。

从理论上说,不到500克反物质的破坏力超过世界上最大氢弹的威力。

不过,研究人员首次捕获的成果为38个反氢原子,持续时间为五分之一秒。这等数量的反物质不足以让一只100瓦灯泡发光二十亿分之一秒,更别提用作剧烈炸药。

杭斯特教授解释道,研究人员掌握捕获反物质技术后,今后可在具体操作程序层面加以“微调”,便有望制成数量足够多、保存时间足够长的反物质,为进一步研究打开一扇门。

前景展望 有助破解宇宙起源之谜

爱因斯坦预言过反物质的存在。按照物理学家假想,宇宙诞生之初曾经产生等量的物质与反物质,而两者一旦接触便会相互湮灭抵消,发生爆炸并产生巨大能量。

然而,出于某种原因,当今世界主要由物质构成,反物质似乎压根不存在于自然界。正反物质的不对称疑难,是物理学界所面临的一大挑战。

反物质的发现,使人们联想上世纪许多不解之谜,其中最为著名的莫过于“通古斯大爆炸”。1908年6月30日凌晨,俄罗斯西伯利亚通古斯地区遭遇从天而降的“火球”,大片原始森林顷刻化为灰烬。至于爆炸起因,一些人推断是小行星撞击,一些人猜想是反物质所致“湮灭”。

深入研究反物质,是解开宇宙起源之谜的重要环节。

“我们希望查明,物质与反物质之间是否存在某些我们尚不知道的区别,”杭斯特说,“这种区别或许存在于更基本层面,或许牵连宇宙起源时某些高能量活动。”

“这就是为什么能够‘抓住’它们是这般重要,因为我们需要时间研究它们。”

名词解释:反物质

反物质是一种假想的物质形式,在粒子物理学里,反物质是反粒子概念的延伸,反物质是由反粒子构成的,如同普通物质是由普通粒子所构成的。物质与反物质的结合,会如同粒子与反粒子结合一般,导致两者湮灭,且因而释放出高能光子或伽玛射线。1932年由美国物理学家卡尔·安德森在实验中证实了正电子的存在。随后又发现了负质子和自旋方向相反的反中子。

反质子、反中子和反电子如果像质子、中子、电子那样结合起来就形成了反原子。由反原子构成的物质就是反物质。当你照镜子时,镜中的那个你如果真的存在,并出现在你面前,会怎么样呢?科学家们已经考虑过这个问题,他们把镜中那个你叫做“反你”。科学家想象很远的地方有个和我们的世界很像的世界,它将是一个由反恒星、反房子、反食物等所有的反物质构成的反世界。反物质正是一般物质的对立面,而一般物质就是构成宇宙的主要部分。来源:新华网