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[2010.11.18] 反物质,终于逮着你了!

2010-11-21 16:35| 发布者: lilywizardry| 查看: 8179| 评论: 44|原作者: dqzxf

摘要: 第一次捕获到反氢原子

                                                   本文由译者 dqzxf 提供 点击此处阅读双语版

反物质

终于逮着你了!

第一次捕获到反氢原子

2010年11月18日


物质与反物质湮灭于爆炸声中但释放出极高的热量


曾经神圣的假设被一个个打破,物理学的历史就是这样一路落满了碎片。技术的不断进步使更严格的实验成为可能,曾经被嘲笑为不可能的现象成为了新的规范。正是出于这个原因,物理学家们一直在寻找灵敏度更高的仪器,以便借此来探索反物质的王国。适用于反物质世界的理论应该能够映像出我们所熟悉的现实世界。如果将两者进行精密的比较而出现了差异,这就说明我们人类对宇宙的理解存在根本性的缺陷。

现在,在欧洲核子研究中心(CERN)及欧洲粒子物理实验室工作的一组科学家宣布在探索这样的实验方面取得了突破性进展。在最近一期《自然》(Nature)杂志上,参与了阿尔法实验的科学家们报告说,他们首次捕获到了极少量的反氢原子。反氢原子是一种结构最简单的反原子。由于氢原子是所有科学体系中人类了解最透彻的系统之一,这就为测试物质与反物质到底有多少相似之处而进行一系列的试验开启了大门。


粒子与反粒子间的对称性深深地锲入到物理学的基础之中。每个粒子都应该对应着一个反粒子,它们的质量和寿命完全相同,但带有相反的电荷。把这两种物质放在一起,它们瞬间就会湮灭而化为能量。反电子(也称正电子,人们一般这样称呼这种粒子)绕反质子和反中子运行就构成了反原子,这种反原子的能级应该与普通原子相同。此外,反物质同样应该具有吸引其它物质的引力。

在现实生活中,从来没有哪个人能碰落一个由反物质构成的苹果,看着它掉下来(或飞上天),而在粒子对撞机内产生的反物质能量太高,很难用精密的物理仪器进行检验。几十年来,欧洲核子研究中心和其他地方的物理学家一直在想方设法克服反氢原子的这些局限。反氢原子由一个正电子与一个反质子构成,正电子绕反质子运行。用激光照射氢原子或反氢原子,观察何种波长的光线被吸收了,可以通过这种办法来详细地比较这两种原子的能级。由于氢原子呈电中性,因而在观察其引力任何微小的吸引现象时,这个过程可能不会受到静电吸引其它粒子的干扰。

欧洲核子研究中心在过去的几个实验中都产生了反氢原子。但它们的能量太高,立即撞进实验仪器而消逝的无影无踪。自那以后,好几支试验队伍一直在想方设法生成温度较低的反氢原子,并使用巧妙配置的电场和磁场留住它。这就是阿尔法试验小组最近成功的做法。

让处于高温与高速运动状态的反质子和正电子进行结合是一桩非常困难的工作。只有将反氢原子的温度降到比绝对零度高大约0.5度时,用于困住反氢原子的由磁场构成的容器才能防止反氢原子逃逸。将定向质子束射向一小片铱,撞击的结果就可以生成反质子,而其内能比0.5K时大约高出1000亿倍。需要分阶段冷却才能将其运动速度降低,然后进行捕获,形成一个由大约3万个反质子组成的火柴棍那么粗的一个粒子云团。由放射性钠衰变产生正电子,冷却后形成一个由大约100万个正电子组成的体积同样大小的粒子云团,这团正电子被存放在相邻的一个容器中。

然后将反质子推入到装有正电子的容器中,用大约一秒钟的时间等待它们混合。这段时间内一些粒子聚合成反氢原子。接着加上一个电场将所有未聚合的正电子和反质子排出这个容器。而反氢原子由于呈电中性而留了下来。

为测试是否真的形成了反氢原子并被容器捕获,阿尔法小组关闭了容器的磁场。如此一来反氢原子就解除了束缚,与容器壁自由地发生碰撞,湮灭得无影无踪。探测装置准时地记录到了38次能量爆炸,该小组的结论是爆炸是反氢原子撞击容器壁所产生的。

虽然记录到的被捕捉原子数量很小,但研究小组对此却很乐观。该小组已开发出冷却正电子和反质子的改进技术,通过应用这些技术应该能够捕获到更多的反原子。反物质的庐山真面目就要显现出来了。




088 Science and technology - Antimatter.mp3

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最新评论

引用 dqzxf 2010-11-19 20:01
参考资料:

Antimatter atoms produced and trapped at CERN



A diagram showing the region where antihydrogen atoms are synthesized and trapped in the ALPHA apparatus. IMAGE: Nature, copyright Macmillan Magazines 2010.

The ALPHA experiment at CERN has taken an important step forward in developing techniques to understand one of the Universe’s open questions: is there a difference between matter and antimatter? In a paper published in Nature today, the collaboration shows that it has successfully produced and trapped atoms of antihydrogen. This development opens the path to new ways of making detailed measurements of antihydrogen, which will in turn allow scientists to compare matter and antimatter.

Antimatter – or the lack of it – remains one of the biggest mysteries of science. Matter and its counterpart are identical except for opposite charge, and they annihilate when they meet. At the Big Bang, matter and antimatter should have been produced in equal amounts. However, we know that our world is made up of matter: antimatter seems to have disappeared. To find out what has happened to it, scientists employ a range of methods to investigate whether a tiny difference in the properties of matter and antimatter could point towards an explanation.


引用 dqzxf 2010-11-19 20:07
本帖最后由 dqzxf 于 2010-11-19 20:07 编辑

感言:
神化变成了现实。下一步的应用是什么?军事——反物质炸弹?民用——反物质电站?
引用 蓝冰 2010-11-20 13:19
The matter-antimatter annihilation transduction tweeters are overheating
物质与反物质湮灭能量转换高频扬声器过热
这句里本身没有说湮灭能量高不高的问题
引用 dqzxf 2010-11-20 16:48
回复 蓝冰 的帖子

物质与反物资湮灭后就全部转换成了能量(核裂变反应中只有大约1.5%的裂变材料转变成能量),而且温度高也是能量增加的表现。
引用 蓝冰 2010-11-20 19:38
本帖最后由 蓝冰 于 2010-11-20 20:03 编辑

回复 dqzxf 的帖子

The matter-antimatter annihilation transduction tweeters are overheating
我是说这句本身没有说湮灭的能量问题——能量转换的高频扬声器过热
而且 trap楼主都译作了“容器”,试问必须要有个所谓“容器”嘛?
               
引用 dqzxf 2010-11-20 20:05
回复 蓝冰 的帖子

是的,容器是由电磁场构成,用来盛装正电子和反质子,也是它们合成反氢原子的地方。
引用 蓝冰 2010-11-20 20:33
本帖最后由 蓝冰 于 2010-11-20 20:37 编辑

回复 dqzxf 的帖子

trap“阱” ,文中的磁阱或者电阱
------------------------------------------
我想说的是,忠于原文,原文中并没有说是有形的”容器“,说的是”阱“
引用 蓝冰 2010-11-20 20:48
其能量级别将上升大约1000亿倍。
其能量比0.5K的反质子大1000亿倍。  
引用 dqzxf 2010-11-20 21:05
回复 蓝冰 的帖子

trap“阱” ,文中的磁阱或者电阱
------------------------------------------
我想说的是,忠于原文,原文中并没有说是有形的”容器“,说的是”阱“


我认为,忠于原文,是要忠于原文所要表达的意思,不是忠于原文的单词。
引用 dqzxf 2010-11-20 21:32
本帖最后由 dqzxf 于 2010-11-20 21:46 编辑

回复 蓝冰 的帖子


The magnetic traps employed to hold the antihydrogen are only strong enough to confine it if it is colder than around half a degree above absolute zero. The antiprotons themselves, which are produced by smashing regular protons into a piece of iridium, are around 100 billion times more energetic than this.  

只有将反氢原子的温度降到比绝对零度高大约0.5度时,用于困住反氢原子的由磁场构成的容器才能防止反氢原子逃逸。将定向质子束射向一小片铱,撞击的结果就可以生成反质子,其能量级别将上升大约1000亿倍。


确实有问题,修改如下:

只有将反氢原子的温度降到比绝对零度高大约0.5度时,用于困住反氢原子的由磁场构成的容器才能防止反氢原子逃逸。将定向质子束射向一小片铱,撞击的结果就可以生成反质子,而其内能比0.5K时大约高出1000亿倍。





引用 蓝冰 2010-11-21 09:14
回复 dqzxf 的帖子

内能?
能量就可以了吧,后面“冷却”过程是减速过程……
引用 dqzxf 2010-11-21 09:30
本帖最后由 dqzxf 于 2010-11-21 09:32 编辑

回复 蓝冰 的帖子

“内能”是物体内部粒子的所有运动形式所具有的能量总和,其外在表现形式就是温度。这里讲的是降温,所以还是用“内能”更准确一些吧?
引用 Somers 2010-11-22 14:11
Soon it will be able to see just how contrarian antimatter really is.
反物质的庐山真面目就要显现出来了。
最后这句,好像contrarian的感情没怎么出来:
不久,大家就能够看到反物质究竟有多“反”了。
引用 dqzxf 2010-11-22 14:51
回复 Somers 的帖子

Soon it will be able to see just how contrarian antimatter really is.
反物质的庐山真面目就要显现出来了。
最后这句,好像contrarian的感情没怎么出来:
不久,大家就能够看到反物质究竟有多“反”了。


嗯,如果直译,你的译法我给100分。
但作者显然还有深意。在原文中提到人类捕捉到了反氢原子,但氢原子是最简单的物质,反氢原子也是最简单的反物质。况且仅仅存在0.17秒,所以人类对反物质的了解九牛的一毛也不到。人类急切的想要了解反物质,就像大雾中的游客想要看一眼雾气散去后的庐山的秀美景色,心情都是非常迫切而满怀期盼。
引用 celendia 2010-11-23 10:14
本帖最后由 celendia 于 2010-11-23 10:48 编辑

Now, a team of scientists working at CERN, Europe’s particle-physics laboratory, has announced a breakthrough in the quest for such tests.
现在,在欧洲核子研究中心(CERN)欧洲粒子物理实验室工作的一组科学家宣布在探索这样的实验方面取得了突破性进展。
Europe’s particle-physics laboratory是解释说明CERN而已, 用来连接不合适吧~
引用 celendia 2010-11-23 10:48
LZ翻译得真专业...
引用 dqzxf 2010-11-23 15:33
回复 celendia 的帖子

Now, a team of scientists working at CERN, Europe’s particle-physics laboratory, has announced a breakthrough in the quest for such tests.
现在,在欧洲核子研究中心(CERN)及欧洲粒子物理实验室工作的一组科学家宣布在探索这样的实验方面取得了突破性进展。
Europe’s particle-physics laboratory是解释说明CERN而已, 用及来连接不合适吧~


呵呵,是我看错了,当成并列成份了。马上修改。多谢!
引用 月不在夜会美 2010-12-1 10:48
The matter-antimatter annihilation transduction tweeters are overheating
物质与反物质湮灭于爆炸声中但释放出极高的热量
这个caption应当是说The matter-antimatter annihilation transduction tweeters这一装置过热了,所以作者戏说图中的工作人员是去修理装置。楼主高见呢?
引用 dqzxf 2010-12-1 17:40
本帖最后由 dqzxf 于 2010-12-1 17:41 编辑

回复 月不在夜会美 的帖子

The matter-antimatter annihilation transduction tweeters are overheating
物质与反物质湮灭于爆炸声中但释放出极高的热量
这个caption应当是说The matter-antimatter annihilation transduction tweeters这一装置过热了,所以作者戏说图中的工作人员是去修理装置。楼主高见呢?


谈谈我对这句图片解说词的理解吧。
詹姆斯·邦德在假装修理这个高音喇叭,说它过热烧坏了。但为什么要用这幅图片哪?与本文有什么联系哪?注意看他身后还有一个人用枪指着他。这个人的潜台词就是:别找托辞了,终于抓住你了,这回你找什么理由也跑不掉了。(也就是说并没有什么过热的问题。)
所以从字面意思看你理解的很对,但没有把潜台词挖掘出来。如果照字面意思翻译出来,读者就会觉得莫明奇妙,这个解说与本文没有任何联系啊?

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