探索反物質之謎

　　探索反物質之謎

　　歐洲核子研究中心10日（2000年8月）宣布，它建造的反質子減速器已經投入使用。這一“反物質工廠”將幫助科學家進一步探索反物質之謎，揭示宇宙誕生和演化以及物質世界構成等奧秘。

　　物質是由分子和原子組成，原子是由帶負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。

　　科學家認為，約140億年前宇宙誕生時產生了大體相等的物質和反物質，那么現在這些反物質到哪里去了？一種解釋說在宇宙的某些地方存在著由反物質組成的星系；還有一種解釋說宇宙誕生時產生的物質比反物質多了一點，物質與反物質相互湮滅后，剩下的物質就構成了現在的宇宙。由于科學家目前對反物質了解非常少，因此對宇宙誕生和演化以及物質世界構成等問題很難深入研究。

　　為了探索反物質之謎，目前科學家采取了兩種途徑，一是在自然界中尋找反物質，研究反物質的自然狀態；二是在實驗室中制造反物質，從更多的角度研究反物質。

　　1997年4月，美國海軍研究實驗室、西北大學和加州大學伯克利分校等五個著名研究機構的天文學家宣布，他們利用先進的伽馬射線探測衛星發現在銀河系上方約3500光年處有一個不斷噴射反物質的反物質源。它噴射出的反物質在宇宙中形成了一個高達2940光年的“噴泉”。這是宇宙反物質研究領域的一個重大突破。

　　正反物質相遇可釋放出巨大的能量和比普通可見光強25萬倍的伽馬射線。銀河系反物質“噴泉”是通過這一相接證據發現的，因而它對深入反物質的性質幫助不大。為了“面對面”地研究反物質，科學家想到了直接“捕捉”反物質。在地面，由于大氣干擾，幾乎不可能“捕捉”到反物質，因此科學家把目光投向了太空。

　　1998年6月2日，美國“發現”號航天飛機攜帶阿爾法磁譜儀發射升空。這一核心部分由中國科學家制造的儀器，是當代最先進的粒子物理傳感儀，目的是去太空尋找反物質。阿爾法磁譜儀這次隨“發現”號上天，盡管沒有發現反物質，但采集存貯了大量數據。2002年它將被送上國際空間站，進行長達3年的數據采集工作。它對反物質的探索，很可能帶來一次科學突破。

　　在自然界中尋找反物質難度很大，而且很難進一步研究它的性質，因此近年來科學家嘗試在實驗室中制造反物質。1995年歐洲核子研究中心的科學家在世界上制成了第一批反物質——反氫原子，揭開了人類研制反物質的新篇章。科學家利用加速器，將速度極高的負質子流射向氙原子核，以制造反氫原子。由于負質子與氙原子核相撞后會產生正電子，剛誕生的一個正電子如果恰好與負質子流中的另外一個負質子結合就會形成一個反氫原子。在累計15小時的實驗中，他們共記錄到9個反氫原子存在的證據。由于這些反氫原子處在正物質的包圍之下，因此它們的壽命極短，平均一億分之三秒（30納秒）。1996年，位于美國費米國立加速器實驗室成功制造了7個反氫原子。此后，在實驗室中制造反物質的工作受到很多科學家的高度重視。

　　目前在實驗室中制造正電子、負質子等反基本粒子已是輕而易舉，而將正電子與負質子組成反原子尚十分困難，因為將這兩種粒子結合在一起并且能證實它們結合成反原子工作十分復雜，因此科學家需要研制功能更強大的研究工具。

　　10日宣布投入使用的反質子減速器是一個圓形混凝土盒，周長188米，耗資1150萬美元。它利用磁場將高能反質子減速成速度約為光速十分之一的反質子。科學家將利用減速器產生的反質子進行實驗，用磁場對反質子進行約束，或將反質子與正電子結合成為反氫原子。科學家計劃在今年年底前用反質子減速器制造出首批反氫原子，2002年完成對初步實驗結果的分析。

　　目前，歐洲核子中心正在建設世界上最大的原子加速器——強子對撞機。這一對撞機得到歐洲國家和美國、日本、俄羅斯等國家的支持，預計將于2005年建成投入運轉，估計耗資60億美元。科學家認為，隨著一系列包括探測器和加速器等研究工具的投入使用，人們將進一步揭開反物質之謎。