首页>自媒体·SM

我们从何而来?科学家将轰击反物质破解宇宙诞生之谜

来源: 科技狗 作者:造就 发布:2016-12-26 10:04:03 收藏成功收藏本文

  (宇宙没道理,但物理学家正试图找出其中的道理。)

  导语:我们从何而来?物理学家正试图通过轰击反氢原子来揭示其中的奥秘。

  在无数的科幻小说中,反物质被当成一种虚构的能量来源。但它并不仅仅是一种了不起的能量来源,它的存在可以帮助我们揭开自身存在的奥秘。

  这可以解释为什么物理学家们会极其关注最近《自然》杂志(Nature)刊载的一篇论文。因为那篇文章概述了欧洲核子研究中心(CERN)利用反氢原子所做实验的结果,而那个结果对物理学家来说又非常重要。

  ALPHA科学家团队全体成员

  上文所述的实验名为“阿尔法(ALPHA)”,它涉及到用激光轰击反氢的一些原子,以及观察它们会否做出类似于正常普通物质的反应。

  目前看来,它们的确是做出了正常的反应。但这里面却存在一个问题:如果物质和反物质都是这样的,我们就不应该存在。

  正反物质的湮灭反应

  物质是由带正电荷的质子、不显电性的中子以及带负电荷的电子组成的。在任何不显电性的原子中,质子和电子所带的电荷达到了相互平衡。

  反物质也是由质子和电子组成的,但它们各自所带的电荷恰与我们所熟知的质子和电子相反。所以,反质子带的是负电荷,反电子(也就是正电子)带的是正电荷。

  物质和反物质在接触时会发生湮灭,并爆炸产生光子和高能粒子。然而,目前流行的宇宙起源模型,也就是宇宙大爆炸理论却认为,整个宇宙曾经被塞在一个奇点当中——在大爆炸发生时,物质和反物质是等量的。

  若真是那样的话,整个宇宙应该到处充斥着光子及时不时出现高能粒子,再无他物了。但事实情况并非如此。

  物理学家估计,在大爆炸发生时,每产生10亿个反物质粒子,就会产生10亿零1个物质粒子。我们如今充满物质的世界就是这样来的。

  怎样得到反物质水?

  与此同时,物理学家没有特别的理由认为,物质和反物质应该具有不同的物理学特性(它们发生接触时另当别论)。一块反物质铁块看起来跟我们所知的铁块不会有什么区别,反物质元素的物理学特性应该跟正常元素一样。

  把反氢原子和反氧原子结合在一起,你就能得到反物质水。到目前为止,预言了反物质这种特性的粒子物理标准模型和量子力学被证明是正确的。

  虽然保罗·狄拉克(Paul Dirac)在1928年就构想出了反物质的概念和理论,但它们却直到1932年才被物理学家发现。而反电子更是在1955年才被察觉。

  这是因为,要创造反物质,你必须产生出巨大的能量,并将之变成“物质”。而在地球上的实验室里,实现这一点的唯一方法是通过粒子加速器。

  因此,创造出一个反氢原子确实是了不起的伟业。这就可以解释,为什么我们唯一涉及反物质常规应用的技术只有正子断层扫描(PET scan),而并非《星际迷航》(Star Trek)里描述的那种“物质-反物质”动力。

  如果没有极其复杂精密的设备仪器支持,物理学家几乎没有可能对关于反物质物理学特性的理论进行验证。

  阿尔法实验的用武之地

  参与该实验的物理学家希望研究反氢的原子,观察它们从一个能量状态转变到另一个能量状态的变化。

  这样的状态转变在自然界比比皆是。诸如我们看到的霓虹灯光线以及发光的闪电。

  在这两种情况下,要么是电离化的原子捕获了一个电子,要么是原子核周围的电子跃迁到了较高的能量状态。之后,电子会落向较低的能量状态,并释放出我们所看到的光子。

  由于创造反物质异常困难,阿尔法实验只涉及到很少的反氢原子(共14个)。为了观测到它们的状态转变,研究人员发射激光轰击那些反氢原子,让其中一些电离化。

查看更多

挖掘更多科技资讯请关注科技狗自媒体:

搜索微信号:techdogcn 新浪微博:@科技狗官微 腾讯微博:@关注我们

频道热门