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科学家首次捕获反物质500克破坏力可超氢

2019/06/13 来源:重庆信息港

导读

科学家首次捕获反物质 500克破坏力可超氢弹欧洲核子研究中心的ALPHA实验首次成功捕获反物质据英国广播公司(BBC)11月17日的

科学家首次捕获反物质 500克破坏力可超氢弹

欧洲核子研究中心的ALPHA实验首次成功捕获反物质

据英国广播公司(BBC)11月17日的报道,欧洲核研究组织(CERN)的科学家日前表示,他们已首次捕获到反物质原子。这个重大突破有助于科学家了解正常物质和反物质之间的差异,也意味着以往不可能做到的物理学基本原理测试已成为一种可能。

在实验室内产生正电子和反质子等反物质粒子并不困难,但将这些粒子组合成反物质原子却是一项相当大的挑战。2002年,两支研究小组率先实现了这一目标。相比之下,操控反氢原子由一个反质子和一个正电子构成的束缚原子的难度更大,因为这种原子只要与正常物质遭遇就会立即消失。

据阿尔法反氢原子捕获项目参与者、丹麦奥胡斯大学的杰夫汉格斯特(Jeff Hangst)介绍,捕获反氢原子的基本原理是利用了原子本身所带的很小的磁性,所以可以借助磁场对其进行干扰,可以把它们理解为指南针上很小的指针,磁场会使他们偏向。研究小组在反氢原子产生的外围建造了一个磁瓶,如果这些反氢原子移动的速度不是很快,就会被捕获。

研究小组证实,从他们制造的1000万个反质子和7亿个正电子中,共形成了38个稳定的反氢原子,每一个反氢原子的存在时间只有十分之二秒左右。研究人员的下一步工作是制造更多反氢原子并使其在陷阱内存在更长时间,以对其进行进一步研究。

在当前的物理学标准模型中,包括质子、电子、中子以及大量更为奇特粒子在内的每一种粒子都有其反粒子镜像,如电子的反粒子是正电子。物理学上一个的谜团就是,我们这个世界为何由占据压倒性地位的正常物质构成,而不是反物质。根据物理学定律,这两种在宇宙诞生时出现的物质数量上应该没有任何差异。

汉格斯特教授表示:正常物质和反物质之间可能还存在一些更为基本的差异,其可能与宇宙诞生之初产生巨大能量的事件有关,这也是为什么捕获反物质具有非常重要的意义。

首次抓住 巧设磁瓶克服湮灭

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。

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(BBC),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,其中为着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(反物质)是这般重要,因为我们需要时间研究它们。

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