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發(fā)現(xiàn)歷程
歐洲原子研究中心的科學(xué)家們?cè)跉W洲當(dāng)?shù)貢r(shí)間的2010年11月17日表示，通過(guò)大型強(qiáng)子
對(duì)撞機(jī)，他們已經(jīng)俘獲了少量的“反物質(zhì)”。當(dāng)然，這些“反物質(zhì)”只是少量的反氫原子而已，但這一發(fā)現(xiàn)也是引發(fā)了科學(xué)家*的反響。
位于日內(nèi)瓦的歐洲核子研究中心一直以來(lái)也在為破解這一難題而不懈的努力。歐洲核子研究中心擁有世界上能量的粒子對(duì)撞機(jī)——大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，這一對(duì)撞機(jī)的使命就是探究宇宙的起源，尋找那些未經(jīng)證實(shí)的可能存在的物理現(xiàn)象。
在17日研究人員宣布，在經(jīng)過(guò)了不懈的努力之后，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)終于發(fā)現(xiàn)了幾十個(gè)氫原子的‘反物質(zhì)’。羅布湯普森教授表示：“盡管發(fā)現(xiàn)的只是反物質(zhì)的冰山一角，但這毫不影響這一發(fā)現(xiàn)的重要性，這是一次重大的突破，有利于我們更好的了解宇宙的性質(zhì)和起源”。
羅布湯普森教授說(shuō)的沒(méi)錯(cuò)，反物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)將會(huì)人類(lèi)的變革，使得人類(lèi)的星際旅行之夢(mèng)將成為現(xiàn)實(shí)。此前在大量的科幻小說(shuō)中，用于星際旅行的飛船都是以反物質(zhì)作為燃料的。舉個(gè)較簡(jiǎn)單的例子，如果想把人類(lèi)送上火星，那需要千萬(wàn)噸以上的化學(xué)原料，而如果是以反物質(zhì)為燃料的話(huà)，僅需要幾十毫克，同時(shí)時(shí)間也大為縮短，只需要6周的時(shí)間就可以到達(dá)。
這項(xiàng)新的研究將會(huì)發(fā)表在《自然》雜志上，同時(shí)還包括了歐洲核子研究中心專(zhuān)家在此過(guò)程中所起到的舉足輕重的作用，以及探討究竟這些科學(xué)發(fā)現(xiàn)者扮演者天使還是魔鬼的角色。來(lái)自英國(guó)的斯旺西大學(xué)的查爾頓教授后對(duì)于這一發(fā)現(xiàn)做了自己的論述：“現(xiàn)在的宇宙基本是由普通物質(zhì)所壟斷，但我們必須要了解宇宙的全貌，否則我們可能身處危險(xiǎn)之中卻全然不知，氫是宇宙中重要的元素，發(fā)現(xiàn)它的反物質(zhì)，具有非凡的意義。”
英國(guó)《自然》雜志網(wǎng)17日刊登研究報(bào)告說(shuō)，歐洲核子研究中心（CERN）的科學(xué)家成功制造出多個(gè)反氫原子，并利用磁場(chǎng)使其存在了“較長(zhǎng)時(shí)間”。這是科學(xué)家*成功“抓住”反物質(zhì)原子。
氫原子是只有一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子的較簡(jiǎn)單的原子。實(shí)際上，歐洲核子研究中心早在1995年就*次制造出了反氫原子，但只能存在幾個(gè)微秒的時(shí)間，就與周?chē)h(huán)境中的正氫原子相碰并湮滅。此次的突破之處在于，制造出數(shù)個(gè)反氫原子后，借助特殊的磁場(chǎng)*成功地使其存在了“較長(zhǎng)時(shí)間”——約0．17秒。
這個(gè)時(shí)間聽(tīng)起來(lái)似乎仍然很短，但對(duì)于科學(xué)家來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度已十分難得，可以對(duì)反氫原子進(jìn)行較為深入的觀(guān)測(cè)和分析。因此，這一成果被看作是物理學(xué)領(lǐng)域的一大突破，將大大推動(dòng)有關(guān)反物質(zhì)的研究。
大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)要對(duì)撞1千年才能夠?qū)ψ渤鲆晃⒖朔次镔|(zhì)。要得到足夠多的反物質(zhì)，必須開(kāi)發(fā)數(shù)個(gè)星球。建造圍繞整個(gè)星球的巨型粒子加速器。
反物質(zhì)是一種人類(lèi)陌生的物質(zhì)形式，在粒子物理學(xué)里，反物質(zhì)是反粒子概念的延伸，反物質(zhì)是由反粒子構(gòu)成的。反物質(zhì)和物質(zhì)是相對(duì)立的，會(huì)如同粒子與反粒子結(jié)合一般，導(dǎo)致兩者湮滅并釋放出高能光子或伽瑪射線(xiàn)。1932年由美國(guó)物理學(xué)家卡爾·安德森在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)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。到目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了300多種基本粒子，這些基本粒子都是正反成對(duì)存在的，也就是說(shuō)，任何粒子都可能存在著反粒子，2010年11月17日，歐洲研究人員在科學(xué)**成功“抓住”微量反物質(zhì)。2011年5月初，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)與美國(guó)科學(xué)家合作制造了迄今重反物質(zhì)粒子——反氦4。2011年6月5日歐洲核子研究中心的科研人員宣布已成功抓取反氫原子超過(guò)15分鐘。同時(shí)在自然界也有‘反物質(zhì)’的能動(dòng)能效--反應(yīng)為反物質(zhì)凝聚。上海光機(jī)所利用飛秒拍瓦激光裝置和高壓氣體靶相互作用產(chǎn)生大量高能電子，高能電子和高Z材料靶相互作用，由韌制輻射機(jī)制產(chǎn)生高強(qiáng)度伽馬射線(xiàn)，伽馬射線(xiàn)再和高Z原子核作用產(chǎn)生正負(fù)電子對(duì)。正電子譜儀經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，成功解決了伽馬射線(xiàn)帶來(lái)的噪聲問(wèn)題，利用正負(fù)電子在磁場(chǎng)中的不同偏轉(zhuǎn)特性，實(shí)驗(yàn)中在單發(fā)條件下就成功觀(guān)測(cè)到了正電子。這是我國(guó)*報(bào)道利用激光產(chǎn)生反物質(zhì)。
是否存在反物質(zhì)
反物質(zhì)(3張)
部分天文學(xué)家也認(rèn)為有存在的可能，但現(xiàn)代天文學(xué)還拿不出令人信服的證據(jù)。否定反物質(zhì)的人很多，美國(guó)宇宙學(xué)家施拉姆（Schramm）說(shuō)：“大多數(shù)理論家的直覺(jué)，不存在反物質(zhì)。這意味著如果你找到它，那是一個(gè)偉大的發(fā)現(xiàn)，證明這些理論家都是錯(cuò)誤的。但是大的可能是，這意味著你找不到它。”
由丁肇中主持的這項(xiàng)研究已有16個(gè)國(guó)家的科學(xué)家參與其中，投入的資金更是高達(dá)1000多億美元。許多科學(xué)家表示：只要能發(fā)現(xiàn)宇宙反物質(zhì)的存在，那么這將是當(dāng)之無(wú)愧的諾貝爾獎(jiǎng)。該探測(cè)器已于2005年發(fā)射升空并永停留在太空，東南大學(xué)還將建立一個(gè)數(shù)據(jù)接收分析中心和培訓(xùn)中心作為配套項(xiàng)目。丁肇中認(rèn)為，如果反物質(zhì)確實(shí)存在，當(dāng)正物質(zhì)與反物質(zhì)碰撞時(shí)可以產(chǎn)生巨大的能量。他所主持的“尋找宇宙中的暗物質(zhì)和反物質(zhì)”的研究已進(jìn)行多年，已取得一些重要成果。“但是，從這一領(lǐng)域發(fā)展的歷史來(lái)看，人們要有思想準(zhǔn)備，也許我們會(huì)發(fā)現(xiàn)意想不到的東西，與原先想研究的東西毫無(wú)關(guān)系。”丁肇中很慎重地表示。
*捕捉到自然界的反物質(zhì)
2010年11月17日，有媒體說(shuō)，人類(lèi)*捕獲到反物質(zhì) ，500克能量可超過(guò)氫。 歐洲科學(xué)家成功制造出多個(gè)反氫原子，并使其存在了0.17秒，這是物理學(xué)界的突破性發(fā)現(xiàn)，也是人類(lèi)*捕獲到反物質(zhì)。500克反物質(zhì)的破壞力可以超過(guò)世界上大的氫。
反物質(zhì)至今都是物理學(xué)領(lǐng)域的一大謎團(tuán)。我們周?chē)h(huán)境中的物質(zhì)是正物質(zhì)，它由原子組成，原子由帶正電的質(zhì)子和帶負(fù)電的電子以及中性的中子組成。與此相反，由帶負(fù)電的質(zhì)子和帶正電的電子組成的物質(zhì)就是反物質(zhì)。反物質(zhì)只要和正物質(zhì)相遇就會(huì)湮滅，因此雖然現(xiàn)行理論認(rèn)為宇宙從大爆炸中誕生時(shí)產(chǎn)生了等量的正物質(zhì)和反物質(zhì)，但我們很難在宇宙中找到反物質(zhì)。尋找和研究反物質(zhì)因此也成為物理學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
反物質(zhì)，正常物質(zhì)的反狀態(tài)，極不穩(wěn)定而幾乎不存在于自然界。研究人員在實(shí)驗(yàn)室里制成反物質(zhì)，但這些反物質(zhì)一接觸容器壁便瞬息湮滅。抓不住，便無(wú)從加以深入研究。
英國(guó)《自然》雜志17日發(fā)布報(bào)告，歐洲研究人員在科學(xué)**成功“抓住”微量反物質(zhì)。
*“抓住” 巧設(shè)“磁瓶”克服湮滅
研究人員2002年在真空環(huán)境里造出反氫原子，但造出后不到片刻便已湮滅。如今，歐洲核子研究中心研究員*成功“抓住”這種反物質(zhì)。
鑒于反物質(zhì)接觸容器壁后便即消失，研究人員利用特殊磁場(chǎng)對(duì)反物質(zhì)加以捕獲。
談及這種看不見(jiàn)、摸不著的捕捉方式，丹麥奧胡斯大學(xué)教授杰夫·杭斯特告訴英國(guó)廣播公司（BBC）記者，反氫原子具有“少許磁性”，“你可以把它們想象成羅盤(pán)指針，能夠利用磁場(chǎng)探知它們的存在。我們制成一只強(qiáng)有力的‘磁瓶’，在里面造出反物質(zhì)”。
另外，反氫原子運(yùn)動(dòng)速度不能太快，否則便難以捕獲。杭斯特所在研究團(tuán)隊(duì)花費(fèi)5年時(shí)間，設(shè)法讓反氫原子溫度降至0.5開(kāi)氏度，相當(dāng)于零下272.65攝氏度、即接近零度，使反氫原子處于低能量狀態(tài)。
“如果它們運(yùn)動(dòng)得不至于太快，那么就算被‘抓住’了。”杭斯特說(shuō)。
理論測(cè)算 500克反物質(zhì)超過(guò)氫
丹·布朗在書(shū)《天使與魔鬼》中把反物質(zhì)描述成人類(lèi)目前所知威力大的能量源。它能以的效率釋放能量，不造成污染，不產(chǎn)生輻射，一小“滴”便可維持美國(guó)紐約全天所需能量。
從理論上說(shuō)，不到500克反物質(zhì)的破壞力超過(guò)世界上大氫的威力。
不過(guò)，研究人員*捕獲的成果為38個(gè)反氫原子，持續(xù)時(shí)間為五分之一秒。這等數(shù)量的反物質(zhì)不足以讓一只100瓦燈泡發(fā)光二十億分之一秒，更別提用作劇烈炸。
杭斯特教授解釋道，研究人員掌握捕獲反物質(zhì)技術(shù)后，今后可在具體操作程序?qū)用婕右?ldquo;微調(diào)”，便有望制成數(shù)量足夠多、保存時(shí)間足夠長(zhǎng)的反物質(zhì)，為進(jìn)一步研究打開(kāi)一扇門(mén)。
