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科学家成功抓住反物质 对破解宇宙之谜意义重大

2011-06-07
反物质,宇宙之谜
科学家成功抓住反物质 对破解宇宙之谜意义重大
2011年06月07日 10:26 浙江在线-钱江晚报 科学家成功“抓住”反物质原子长达一千秒

  看过美国科幻电影《天使与魔鬼》的朋友一定对反物质巨大的威力印象深刻。在现实生活中,科学家已经成功地制造出了反物质,但反物质的保存又是一个令科学家头疼的难题。据英国《每日邮报》网站6月6日报道,欧洲科学家近日打破了反物质保存时长纪录。科学家在论文中说,他们在这一轮研究中,先后用磁场陷阱抓住了112个反氢原子,时间从1/5秒到1000秒不等。

  保存时间比原先延长5000倍

  反物质是蕴含巨大能量的神秘物质,它是伴随着畅销书作家丹布朗的《天使与魔鬼》而逐渐为大众所知的,前述同名电影正是根据该书改编的。由于反物质在与普通物质接触后便会消失,无法用传统的容器保存。如何保存反物质原子也因此成为过去十年中科学家一直在钻研的课题。

  反氢原子是普通氢原子对应的反物质形态。反物质与普通物质相遇就会湮灭,此前制造出的反氢原子往往只能存在几微秒的时间。2010年,拥有大型强子对撞机的欧洲粒子物理研究所(CERN)曾成功地将反物质原子储存了不到一秒钟的时间(达172毫秒)。

  欧洲粒子物理研究所近日在权威科学杂志《自然物理》上发表文章,称他们利用超导磁体制作出了可使反物质原子悬浮在空中的“磁瓶”,将反氢原子的保存时间延长至16分钟,是此前纪录的5000倍。

  5日发表的新研究在束缚时间上取得了巨大突破。科学家在论文中说,他们在这一轮研究中,先后用磁场陷阱抓住了112个反氢原子,时间从1/5秒到1000秒不等。

  分析还显示,这次抓住的反氢原子大多数处于基态,也就是能量最低、最稳定的状态。这有可能是人类迄今首次制造出的基态反物质原子。如果能让反物质原子在基态存在10分钟到30分钟,就可以满足大多数实验的需要。

  在这一轮研究中,科学家单次最多一次抓住了3个反氢原子。他们希望能将更多的反氢原子束缚较长时间,使测量数据在统计上更加精确。

  这一进展对于反物质的研究意义重大,它使科学家能有更充足的时间研究反物质的内部结构和物理性质。欧洲粒子物理研究所的研究员杰弗里杭斯特指出:“这让我们有机会首次见到反氢原子的内部结构——而反氢正是反物质元素周期表上排在第一位的元素。”

  在布朗的科幻小说中,反物质具有十分强大的破坏力,据称0.5克反物质就可以释放出相当于20个广岛原子弹的能量。但欧洲粒子物理研究所在一本科普小册子里表示,反物质“绝对安全,因为在目前的条件下,我们能制造出数量极少的反物质。虽然数克反物质就可以具有很大的危险性,但是要制造那么多反物质需要几十亿年时间”。

  反物质是由反粒子组成的物质,反粒子的质量等特性与组成普通物质的粒子相同,但电荷等特性相反。氢原子由一个带负电的电子和一个带正电的质子构成,反氢原子则与它正好相反,由一个带正电的正电子和一个带负电的反质子构成。

  反物质至今都是物理学领域的一大谜团。现有理论认为,在宇宙诞生的大爆炸中产生了数量相等的物质和反物质。但在人们观察到的宇宙中,物质占绝对主导地位。研究反物质原子的特性、比较它们与普通原子在物理规律上是否对等,可能有助于解开上述疑点。


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