“反物质”确实存在 [复制链接]

第7版(国际)
专栏：《科技新时代》杂志供本报专稿

　　“反物质”确实存在
谢培智
今年１月，欧洲核子研究委员会宣布，在其“低能反质子环”（ＬＥＡＲ）中合成出反氢原子。科学家们确认，这便是他们追寻多年的构成“反物质”的最基本的原子。
我们所处的是一个物质世界。构成这些物质的所有原子，比如最简单的氢原子，都是由原子核和带有负电荷的核外电子所构成，原子核则由不带电的中子和带正电荷的质子构成。那么，“反物质”的原子核由反质子和反中子构成，其原子核外有带正电荷的电子云环绕。本世纪以来，科学家们已证实，所有的亚原子粒子都存在着与之相对应的反粒子：正电子、反中子、反质子等，这些反粒子与粒子相结合，就会产生湮没反应。
１９２８年，英国物理学家狄拉克曾预言，存在正电子。１９３２年，美国加州技术研究所在观测云雾室中宇宙射线时，侦测到了正电子；１９５５年，美国加州大学的研究者利用质子同步加速器证实了带负电荷的反质子的存在，１９５６年又侦测到与中子相对的反中子确实存在。科学家们逐渐确认，反物质确实存在，在宇宙里极有可能还存在由反物质构成的星系。
经过实验，科学家们掌握了在实验室里产生和贮存正电子和反质子的技术，但要使两者结合起来，合成反物质世界里最简单的原子——由一个反质子和一个正电子组成的反氢原子，却实在困难。因为在实验里产生的反质子和正电子的运动速度都接近光速，难以使之减速、合成。
去年９月，德国和意大利的五个研究机构的２３名科学家，利用欧洲核子研究委员会的“低能反质子环”，首次合成出反氢原子。他们利用ＬＥＡＲ，使反质子束流以每秒３００万周的高速绕ＬＥＡＲ回旋，通过射入的氙气射流，促使一些反质子将一部分能量转变为电子和正电子，其中极少的正电子的速度和方向同一些反质子的速度和方向接近，这样的正电子就可能被反质子俘获，合成反氢原子。他们的实验历时三周，使用的反质子多达５×１０12个，仅产生出９个反氢原子。美国斯坦福直线加速器中心（ＳＬＡＣ）的理论物理学家布罗德斯基认为，这实验是合成反原子进程中的一个里程碑。
但是，这次实验产生的反氢原子只有９个，且仅存在了三亿分之四秒，根本无法对其特性进行研究。物理学家们下一个难题是，如何产生出较多的反氢原子，贮存更长时间，以便对其能级进行超精细的光谱测量，并将其光谱与氢原子的光谱进行比较。美国斯坦福直线加速器中心、美国哈佛大学和美国费米研究所都在着手准备进行进一步的研究。
对反物质的研究，是对现在公认的基本物质力（引力、电磁力）理论的检验。而反粒子与粒子相结合产生的湮没反应则可能有潜在的军事和民用价值。因为反质子和质子相结合时的湮没反应，可以产生相当于一个铀原子核裂变释放能量的１０倍，可以利用湮没反应产生的能量推动磁流体动力发电机，产生电磁波束；也可以利用湮没反应产生的能量使氢弹点火，激发大功率激光武器，推进运载火箭，为航天器提供能源等等。当然，目前生产反物质的加速器还不能达到要求，反物质的生产和贮存都是难题。即使反物质的研究取得突破性进展，但它究竟是会造福于人类，还是将像核裂变技术那样，成为又一柄令人类取也不是，弃也不是的双刃剑呢？