[2011.06.11] 反物质研究突飞猛进

2011-6-11 16:47| 发布者: Somers| 查看: 5334| 评论: 5|原作者: squarrel2009

摘要: 欧洲核子研究中心的科研人员让反原子颗粒存在时间长达15分钟

基础物理

反物质研究突飞猛进

欧洲核子研究中心的科研人员让反原子颗粒存在时间长达15分钟

079 Science and technology - Fundamental physics.mp3

Jun 9th 2011 | from the print edition

反物质研究: 下一代

数学课上认真听讲的读者朋友或许都能想起二次方程式通常有两个解:一个是正解,另一个是负解。因此1928年，当英国物理学家保罗·狄拉克(Paul Dirac)在解一道有关微观电子的类似方程时，得到了一个描述电子颗粒负状态的结果，该结果按照异常情况本应该予以舍弃，但实际情况并非如此。狄拉克（Dirac）把这种负粒子解释为反物质，四年后，反物质在真实的实验中出现。

从那以后，反物质研究—首先是反电子，俗称正电子，然后到其它所有物质颗粒的反续状态—成为真实科学和虚拟科学的重要组成部分。迄今为止，只有反原子还没有得到全面的研究。但少数反原子的研究已经在不同实验室展开，有些实验室甚至让反原子存在了几秒种。但他们都没有能够让反原子存在更长时间以提供细节观测，众所周知，这是由于反物质和物质在接触过程中会互相湮灭。但现在这种情况已经得到了改观，欧洲原子核研究组织（CERN）—日内瓦附近的欧洲粒子物理研究试验室—的Jeffrey Hangst及其同事已将数百颗这种原子的生命状态持续了几分钟。

反原子状态不能保留的重要原因在于我们受了狄拉克（Dirac）方程式的误导。反物质与物质不可能以完全对等的反状态形式存在，否则任何一方都不可能存留。如果真是那样的话，那么在宇宙大爆炸时期，它们二者生成的数量也应该相同，历经漫长的时间演化，它们早就应该互相湮灭，只留下光线和各种形式的电磁辐射充斥宇宙。因此物理学家认为星系，恒星和行星诸如此类的事物能够存在的原因在于物质与反物质一定存在着一种微妙的非对称性。实际上“物质”与“反物质”的非对称性已经在两项试验中被发现，但它们的非对称程度还不足以解释为什么会有大量的“物质”存续下来。通过观察完整的反原子，科学家或许能得到进一步的线索。

去年11月，欧洲原子核研究组织阿尔法合作项目负责人Hangst博士设法将一些正电子分别放入38颗反质子的轨道—这样就形成了反氢原子—然后让它们在电磁阱中存留零点几秒的时间。现在，研究人员在自然物理杂志上发表的报告称，他们已经利用设计的装置将反氢子存在时间延续到了16分钟。（在原子物理术语上相当于亿万年）。这给反原子充分的时间进入能量基态，这是粒子或原子所能获得的最稳定状态。因此，Hangst博士及其同事能够寻找新的途径从容地观测反物质可能与普通物质存在的差别。

他们的首次实验将包含用微波对捕获的反原子进行微移。如果这些微波的频率恰好正确，它们将会反转反原子的旋转方向。于是原子的磁场极性被改变并将原子抛出电磁阱。实验所需的频率随后将与反转普通氢原子旋转方向所用频率进行对比，如果两种频率数值不同，将为神秘宇宙的非对称性提供证据。

除了会获得巨大的利益（它最终会为“人类为什么会存在？”这个问题提供合乎逻辑的答案），该结果的本身也有令人满意的对称性。首创的反物质发现成为预测未知事实理论的极好范例，通过预测未知理论使反物质发现成为值得赞许的事实。

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本文由译者 squarrel2009 提供 点击此处阅读双语版