假如说，地球之外还存在地球的完美镜像实体―――反地球，在这个反地球上，很可能存在着反海洋、反河流、反山川，乃至反植物、反动物……你会怎么想？  依此类推，假如星球之外还存在着反星球；星系之外，还存在着反星系；宇宙之外，还存在着反宇宙……你会怎么想？ 根据宇宙大爆炸理论，宇宙是大约140亿年到150亿年前，从无到有，在一次剧烈的大爆炸后诞生的。按照量子力学的质能守衡定律，宇宙诞生之始，既然产生了物质，势必应该产生等量的反物质。当时，粒子和反粒子、物质与反物质，应该基本等量存在。而只要存在反粒子，就应该理所当然地组成反原子、反分子，再组成反物质，进而积聚成反星球、反星系和反宇宙。然而，科学家还从未在莫大的宇宙空间探寻到反星球、反星系，甚至连自然状态的反物质也没探测到。但若宇宙不存在反物质世界，在理论上又很难解释。 那么，为何我们所在的世界是由物质构成？反物质到底去了哪里？是否有反物质世界存在？如果存在，又会是什么模样？ 长期以来，科学家一直试图解开这些谜底，寻找“丢失的”反物质世界。 说到此处，不能不回溯一下反物质研究艰苦而又漫长的历程。 找到另一个“自己” 反物质的概念是著名理论物理学家、曾任英国剑桥大学教授的保罗?狄拉克在研究相对论和量子理论时提出的。1928年，他依据爱因斯坦的著名质能换算方程式 E＝mc2,及泡利的不相容原理，建立了著名的狄拉克方程，当时他才26岁。即使5年后，他因创立电动量子力学获1933年的诺贝尔物理奖时，也才31岁。 狄拉克认为，上述方程式中的 m应该有正负两种形式。假若 m为负值，就会出现性质与普通粒子相同，但电性截然相反的粒子―――即反粒子，由此预言了正电子和其他反粒子的存在。推导出一种前所未有的物理特性―――“负能现象”。 为了诠释自己这个惊世骇俗的大胆预言，狄拉克在1931年进一步提出了反粒子理论，以解释“负能现象”。他认为，反粒子是粒子的完美镜像，如同你在镜中见到分毫不差的自己，唯一的不同是电性相反。而且，既然存在反粒子，就应该构成反原子，近而构成反物质。他相信存在一个由“反物质”构成的“宇宙”。 这个大胆预言引起科学家的极大兴趣。倘若果真如此，那将是个多么五彩缤纷的有趣世界！ 四年后，狄拉克的大胆推测得到证实。1932年，27岁的美国物理学家卡尔? D?安德森在研究宇宙射线时，意外发现一种陌生粒子，其质量和带电量与带负电的普通电子一模一样，只是它带的是正电，因此被称为正电子。它，就是电子的反粒子。它不仅证明了狄拉克的光辉预言，而且从此打开了人类探索反物质世界的大门，也使人们开始认识到，反粒子理论确实是物理学的又一个里程碑。安德森因此获得1936年的诺贝尔物理奖，当时，他也只有31岁。 安德森的发现立刻引起巨大轰动，激励了科学家探索反物质世界的决心。他们极想知道，这是偶然现象，还是必然规律？如果放之四海而皆准，那么，其他粒子是否都存在反粒子。 功夫不负有心人，经过20多年的努力，美国伯克利大学的物理学家塞格雷和张伯伦终于在1955年利用高能质子同步加速器制造出了第一个反质子，它的质量和核质比与普通质子不差分毫，只是所带电荷的电性正好相反。1956年，美国洛仑兹辐射实验室的柯克等人利用质子和反质子的非碰撞反应发现了反中子，不久，科学家相继找到了介子、超子、夸克等多种基本粒子和相对应的反粒子―――反介子、反超子、反夸克…… 人类社会进入20世纪60年代以来，科学家已把基本粒子中的反粒子大部分“捉拿归案”。到现在，科学家已经找全了所有的反粒子，用有力的事实证明―――所有的粒子都有一个与自己长得一模一样，但电性相反的另一个“自己”―――反粒子，它们一起构成了一个反粒子大家族。 找不到的人工来制造 逮住反粒子只是反物质研究的初步胜利，甚至可以说只是万里长征迈开的第一步。接下来，科学家开始对反粒子进行深入研究，逐步探索和形成反物质理论；着手利用反粒子制造反物质；构思反物质世界的基本特征；猜测反物质与人类所处世界有何不同；探寻反物质有什么应用价值；并试图用反物质理论解读许多未知、未解的宇宙之谜……。 但反物质在人类所在的自然界里几乎找不到。因为，反物质只要一露面，就会与同等数量的物质在相遇的瞬间立即湮灭。科学家目前只在宇宙射线中偶尔，而且是间接地通过测定伽马射线的能量变化发现过反物质的踪迹。于是，科学家开始设法在实验室里利用反粒子制造反物质。第一个制造的对象，是结构最简单，只有一个电子和一个质子，质量也最轻的氢原子的镜像物质―――反氢原子。 1995年，这一研究初战告捷。以研究反物质著称于世的欧洲核子研究中心（ C ERN）于1996年1月4日宣布，该中心一个由德国、意大利和瑞士科学家组成的科研小组于1995年9月到10月率先在世界上人工制造出了第一批反物质―――反氢原子，成为当时轰动全球的科技成就。虽然在累计15个实验小时内，科学家在“低能反质子环”中只检测到区区9个反氢原子，而且它们在湮灭之前只存在了30纳秒（一纳秒等于一亿分之三秒），却迈出了人工制造反物质的第一步，揭开了人类研制反物质的新篇章，这一突破使人类终于在反物质元素周期表上写下了第一个元素―――反氢。 美国费米国家实验室紧随其后，在1996年11月22日宣布，他们用对撞机也成功地制造出了7个反氢原子。 但这些转瞬即逝的反氢原子，很快就在与物质的碰撞过程中湮灭掉，因而存在时间特别短，短得让科学家甚至很难断定它们是否真的存在，更别提好好看看，仔细探究这些忒难寻觅的高贵客人的内部结构。于是科学家着手改进实验装置，以便既能制造出更多的反氢原子，又能逮住它们，把它们禁锢在人为的“牢狱”―――真空状的粒子陷阱中。 2000年8月，世界首家“反物质工厂”―――欧洲核子中心的质子减速器建成并投入使用。它利用磁场来约束反质子，把高能反质子减速成速度约为光速十分之一的反质子，这样，科学家就能够对其进行观测、实验和研究了。 |
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