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反物质与普通物质有何区别?目前还看不出来
2018-09-05 09:27:01   来源:新浪科技 2018-08-31

       据国外媒体报道,不管研究人员做多少次尝试,似乎都找不到物质与反物质之间的区别。   
  物理学家试图通过一项新研究寻找物质与反物质之间的不同之处。反物质也是一种物质,但电荷与普通物质相反,还可能存在其它区别,就像普通物质“邪恶的双胞胎”。但令人纳闷的是,宇宙中的物质远多于反物质,而原因我们尚不清楚。此次物理学家在研究氢的反物质、即反氢时,并未找到他们预期中的差别,但找到了一种研究反物质的新方法,比之前的任何方法都要出色。
  对于宇宙中的物质,物理学家有几种不同的归类方法。但其中最令我们这些普通人好奇的,还是“物质-反物质”的分类。该理论认为,每个粒子都拥有一个质量相同、但电荷相反的反粒子,就像它的镜像一样。在宇宙大爆炸刚刚发生后,宇宙中物质与反物质粒子的数量应当完全相等。两者相遇后,便会瞬间湮灭、并释放出能量。因此有人甚至得出了“宇宙不应该存在”的结论。但不知为何,构成你、我、地球、太阳、乃至我们所见万物的粒子,几乎全都是普通粒子。据欧核中心指出,宇宙中每10亿个粒子中,只有1个为反粒子。
  “反物质物理学界一直想找到物质与反物质之间的区别。”欧核中心的古恩·卡特里(Gunn Khatri)指出,“但每一步都带领我们朝回答另一个问题更进一步:‘为什么反物质比普通物质少这么多呢?’”
  为更好的认识反物质,科学家将欧核中心的反质子减速器作为研究工具。反质子减速器能够产生反质子,并减慢其运动速度。反氢激光物理仪器(ALPHA)再将这些反质子与正电子相结合,组成一个反氢原子。研究人员设法固定住反氢原子后,便可以用研究普通原子的方式对其进行分析。在每轮实验中,反氢激光物理仪器会用激光脉冲发射出500个反氢原子,使原子中的电子跃迁至更高能级。接着,这些电子再跃回较低能级,反氢原子便会释放出带有标志性波长的光子。这就是著名的莱曼-阿尔法跃迁(Lyman-alpha transition),常被天文学家用来研究极远处的天体。
  研究人员对发射出的光子进行了测量,发现它们的波长与普通氢原子发射的完全相同。研究人员原期望找到一些反物质与物质的不同之处,但却发现它们毫无分别。不过,这项实验还有第二项重要用途:“我们想用它对反氢实施激光冷却。”欧核中心反氢激光物理仪器发言人杰弗里·汉斯特(Jeffrey Hangst)表示。这项研究首次证明,欧核中心的新激光冷却法在实验中完全可行。
  物理学家会利用激光捕获原子,并将原子冷却至接近绝对零度。该研究论文指出,能够观察到反氢原子中的电子在激光脉冲照射下发生跃迁、并释放出光子,“是一项决定性的技术进步”。这说明科学家很快也可以用激光来冷却反物质原子,进而开展更精确的测量。
  反氢激光物理仪器即将进行设备升级。升级完成后,科学家会让反氢原子在该仪器中掉落,分析它们在地球引力作用下的表现是否与普通氢原子不同。
  这项研究固然没有欧核中心“用卡车运输反物质”的设想那样异想天开,但无疑也是一项重要研究。反物质和普通物质之间的任何区别,都可以帮助我们弄清为何宇宙并未在大爆炸之后即刻湮灭、化为乌有。汉斯特等研究人员还不清楚自己的实验会取得怎样的发现,但每取得一点新结果,都会激励他们继续奋勇向前。正如汉斯特所说:“我们只是在追寻真相而已。”(叶子)