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科学家在地球深处发现反物质粒子

2010-06-28
反物质粒子,反物质分子,反物质
科学家在地球深处发现反物质粒子,反物质诞生之谜揭开:黑洞撕裂恒星所致,美物理学家成功创造出物质-反物质分子

科学家在地球深处发现反物质粒子


2010年06月28日 07:40 新浪科技
  新浪科技讯 北京时间6月28日消息,据美国生活科学网报道,意大利国家原子物理研究所的科学家表示,他们已经在地球内部很深的地方发现奇怪的反物质粒子。研究这些粒子,有助于科学家更好地了解地球内部的热流是如何对火山和地震等地表活动产生影响的。研究人员认为,正是反物质粒子导致地球内部发生放射性衰变的。

  这种粒子被称作反中微子(Geoneutrinos),是由奇特的反物质组成,反物质的性质跟常规物质正好相反。当电子等常规粒子与反物质粒子——正电子相遇时,它们会相互歼灭对方,引起猛烈的爆炸。反中微子是中微子的反物质粒子,它是在太阳里产生的,是一种很轻的中性带电粒子,当宇宙射线击中一个正常原子时,就会产生反中微子。早期的日本KamLAND试验,在2005年第一次发现可能的反中微子迹象。

  意大利国家原子物理研究所大萨索国家实验室Borexino协会的研究人员在一个尼龙球探测器里发现反中微子,这个探测器包含1000吨液态碳氢化合物。这个尼龙球被放置在一个更大的不锈钢球里,安装在钢球里的一排排超灵敏光电探测器的顶部都指向尼龙球内部。这两个球状物都安装在另一个直径是45英尺(13.7米)的钢球里,最外层这个钢球里盛有2400吨纯度很高的水。

  整个装置被埋在意大利大萨索山下近1英里(1.6公里)的地下。所有这些都是为了确保该试验只发现中微子和反中微子。这些粒子极难被发现,因为它们几乎可以穿透任何东西,而不与其发生反应。该试验经过一年多的寻找,只发现很少一点信号。发现太阳中微子相对更容易一些。

  研究人员在《物理学快报B》上详细介绍了他们两年来(从2009年12月开始)的研究成果。新泽西州普林斯顿大学的物理学家、联合研究人员弗兰克·克拉普莱斯说:“这是一项非常重要的研究成果。它不仅说明我们已经发现反中微子,而且为我们研究地球内部提供了一个新工具。”

  科学家认为,反中微子是由地壳(最外层)和地幔(地壳下面的一层,距离地表2900公里)里的铀、钍和钾的放射性衰变形成的。研究人员希望通过研究反中微子,对衰变元素是如何在地表下积聚热量,以及它是如何对地幔里的对流产生影响的有更多了解。是否放射性衰败控制着这一层的热量聚集情况,或者这些热量是来自其他来源,目前不得而知。

  对流过程中,热驱使炙热的岩石从地球内部上升到地表。它导致板块发生变动、大陆发生漂移、海床不断扩大,引起火山爆发和地震。这项最新研究说明,地球内部的辐射能可能是给地幔提供热量的一个重要热源。(孝文)

反物质诞生之谜揭开:黑洞撕裂恒星所致


2008年01月14日 08:09 新浪科技

1999年7月24日的太阳环状喷射产生了反物质

美国宇航局设想的一种反物质动力火箭

  新浪科技讯 北京时间1月14日消息,据国外媒体报道,反物质是一种极其神秘的物质,它们与普通物质一起构成了整个宇宙。但长期以来,反物质究竟是如何产生的一直是一个未解之谜。德国的科学家近日称,他们目前已经找到答案:反物质是由中子星和黑洞撕裂恒星产生的。

  在1月10日出版的《自然》杂志上,德国马普研究所地外物理学家乔治-威登斯波恩特及其同事详细公布了他们的这项最新发现。乔治-威登斯波恩特称,当一颗相对寻常的恒星在绕其旋转的黑洞或中子星的作用下分崩离析,科学家们称之为“低质量X射线双星”。研究人员们推算,这种“低质量X射线双星”可以每秒喷射出近10的41次方个正电子。这些正电子占了科学家们推断的反物质的很大一部分,从而极可能排除其它各种有关反物质的异说。乔治-威登斯波恩特说:“根据简单初步的统计,我们认为一半甚至可能所有的反物质都来源于X射线双星。”目前,科学家们已经见证了反物质的死亡,他们希望同样能看见反物质的诞生。

  乔治-威登斯波恩特说,每种基本粒子都有相应的反粒子,它与原来的粒子相比,只是所带的电荷和其他量子数相反,其余构造完全相同。正因为带的电荷相反,所以它们的一些性质也完全相反。许多物理学家认为反粒子是由原来粒子的内部结构被“镜面倒转”以后得到的。由反粒子构成的物质叫反物质。当粒子和反粒子相遇时,它们就会同归于尽。我们的银河系完全是由普通物质构成的,所以一旦制造出一个反粒子,不管是在实验室里还是在星球内部,在它遇到一个粒子并湮灭以前只能存在一微秒。许多宇宙学家还这样推测:在开天辟地的那个时刻,物质和反物质就分离开,构成了两个宇宙,一个称做“宇宙”,另一个则是“反宇宙”,它们互相排斥并且以很大的速度互相远离。

  另外一名参与了此项研究的科学家斯奇纳解释说:“尽管目前对于是黑洞产生了中子星和其它物质,还是中子星产生了黑洞和其它物质下定论还过早,但是这种现象的确非常有意思,然而我们现在还很难界定包含黑洞的X射线双星和包含中子星的X射线双星之间的差别。据估计,一克反物质与正物质结合时,放出的能量相当于世界上几个最大水电站发电量的总和。科学家预测假如利用反物质推动太空船,六星期到达火星将不是梦想。但是,要利用反物质,就必须首先找到反物质,在地球上人们尚未找到可利用的反物质。令人可喜的是科学家发现在地球之外十分遥远的银河系中心存在一个反物质源,它喷射出一个反物质喷泉,这些反物质能不能为人类所利用至今还是个谜。”

  英国物理学家狄拉克1930年提出电子有两种,除了有带负电荷的电子外,还有带正电荷的电子,这两种电荷恰好一正一反,带负电荷的电子叫正电子,带正电荷的电子叫反电子。长期以来,人们一直认为电子只有一种,所以对狄拉克的预言半信半疑。没想到两年以后狄拉克的预言得到了证实,美国物理学家安德森在实验室果然发现了反电子。后来人们陆续又发现了反质子、反中子等等各种各样的反粒子。于是科学家们设计好方案进行实验,功夫不负有心人,科学家们终于在实验室得到了结构比较简单的反氘,这说明反物质的设想并不荒唐。反物质这东西很神秘的,只要一露面,立即就会与正物质结合,同时放出大量的能量。据说1908年中西伯利亚的通古斯大爆炸就是由于天外飞来一块由反物质组成的陨石,反物质与正物质通古斯河上空结合放出大量能量而造成的。(刘妍)
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美物理学家成功创造出物质-反物质分子


2007年09月17日 09:20 新浪科技
  新浪科技讯 北京时间9月17日消息,据国外媒体报道,美国物理学家宣布,他们已经解决了60年一直困扰科学界的一个谜团,创造出电子偶素分子,这是由物质和反物质组成的短命的原子。

  这项成就有助于核聚变电力和定向能武器,如伽马射线激光等的研发,而且还有助于解开长期存在的宇宙之谜。在物理学的标准定律中,每个类型的普通物质粒子都有相应的“反粒子”存在。例如,正电荷质子拥有负电荷对应物——反质子。带有负电荷的电子被正电子抵消。粒子和反粒子相遇只是个非常短暂的过程,它们在瞬间释放出能量,彼此消灭对方。电子和正电子相遇时,这两类粒子创造出短暂的、像氢一样的原子,这种原子被称作电子偶素。1946年科学家第一次提出有这种物质存在,并在5年后得到证实。

  研究电子偶素的理论家——美国物理学家约翰·惠勒也指出,电子偶素应该以2原子分子的形式存在,这种形式被称作Ps2,他认为甚至还应该存在3原子的版本——Ps3。到目前为止,这种假设一直没得到证实。科学家在工作中遇到的最大障碍是,如何在实验室环境下创造出这种过分苛刻的短命分子。在自由空间中,两个电子偶素原子不能结合在一起,因为它们有很多超额能量,会将它们再次分开。

  这项成果发表在英国《自然》杂志上,加州大学河滨分校的物理学家大卫·卡斯迪和艾伦·米尔斯详细论述了他们克服这个障碍,在实验室环境下创造出世界上第一个Ps2的过程。他们首先创造出一个特殊的装置,将大约2000万个正电子限制在里面,然后在十亿分之一秒的时间内在多孔渗水的硅土表面将它们迅速集中。隐藏在小孔里的正电子捕获到电子,形成电子偶素原子,在它们彼此消灭对方之前依次结合,形成大约10万个两原子分子。

  小孔中的硅土壁是成功的关键,因为它们能吸收这些原子的剩余能量,允许它们结合,只是这些物质会转瞬即逝。这些科学家认为,他们证明了这些被创造出来的人们长期寻找的分子,来自原子相互消灭对方时释放的伽马射线产生的温度曲线。

  物质和反物质相互歼灭的过程已经应用到医学上,正电子发射断层显像(PET)扫描提供了人体的三维图像,便于医生发现疾病。物理学家长期以来一直在思考一种不可思议的事情,物质通过反物质达到平衡的事实违反了“对称”法则。物质似乎在我们看得见的宇宙中占据支配地位,其他专家表示,这项新研究有助于解释为什么会是这样。加利福尼亚大学圣地亚哥分校的物理学教授克利福德·苏尔库没有参与这项研究,他说:“他们的研究为我们理解物质和反物质提供了新方法。它甚至还提供了创造更多反物质的方法,很有可能会导致新科学和重要新技术的产生。”(任秋凌)
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