反物质的科学问答

编者按：欧洲科学家的结论有些是错误的，特别是关于慈氏反光子的结论，他把反光子理解为光子本身的反射，就象反光镜反射光线那样在“反光子”：折射光子。其他反物质应用的结论也是保守的估计。中国人会给他相反的答复。

转贴用于讨论，连接观看原文全文：

http://www.scitom.com.cn/discovery/antimatter/ant105.html

以下是欧洲核子研究中心（CERN）关于反物质的科学家问答：

反物质用来做什么用？

反物质有几种不同的使用，其中主要的一个用途是医学诊断，是属于正电子的一个应用，利用正电子发射层析X射线照相术（或者叫做PET扫描）使用正电子识别不同的疾病。至于其它的用途都还处于发展的初级阶段，并且要预言未来十年的反物质利用情况都是很困难的。

下面是关于PET扫描的简单介绍。

粒子物理学家逐渐使用电子和它们的反粒子——正电子的碰撞来研究物质和高能时的基础力量。

当电子和正电子相遇时，它们发生湮灭，转化成为能量，这个能量在高能时能再次物质化为新的粒子和反粒子。这个过程就是发生在例如CERN中的正负电子对撞机（LEP）那样的机器中。

但是，在低能时，电子和正电子的湮灭能有其它的使用，例如采用叫做PET的这种技术去探索人脑工作的机制。

在PET中，正电子来源于放射性核子的衰变，而那种核子是被合成在注射入病人体内的一种特殊液体中的。正电子和电子然后就会在原子附近发生湮灭。因为电子和正电子在发生湮灭的时候几乎都保持景致，所以它们的湮灭并不能释放出足够的能量去产生哪怕是最轻的粒子和反粒子（电子和正电子），所以为了保持动力，湮灭能以两束γ射线在相反方向释放出来。

我们能使用反物质推动车辆和太空船吗？

理论上这是可行的，但是实际上很困难。我们都可以想象由反物质推进的太空船在星际跋涉，但是实际上制造反物质是如此困难，以至于很难预见反物质用于太空船的推进燃料。为了把一个几吨重的物质飞船推进到光速，需要的反物质燃料几乎要和飞船本身同样重，而依目前我们制造反物质的技术，制造几吨重的反物质将花掉我们数百万年的时间。

但是，如果有一克的反物质，就可以让你的车驱动100000年。

制造反物质武器是否可行？

反物质的军事使用有和用于太空动力源一样的局限性：两者都需要很大数量的反物质，而制造该数量的反物质将花掉数百万年的时间。

但是，如果把武器只定义为发射子弹的东西，那么一个加速器就是一个反粒子枪。但是在此我们讨论的只是单个的粒子，所以当你射出一发这种子弹的时候，释放出的能量是如此之小，以至于连使你的敌人发痒都不可能。

怎样储存反物质？

物质或者带有正电荷或者带有负电荷，所以它们被保存在一个叫做“陷阱”的地方，陷阱里有适当的电磁场结构，可以将反物质限制在一个比较小的地方。当然，陷阱必须是在真空中，以免反物质粒子和物质粒子相遇发生湮灭。

反原子是电中性的，但是它们有磁属性，所以被保存在“磁瓶”中。

反物质看起来是什么样子？

物质和反物质看起来是一样的。我们通常看一个对象就是看来自该对象的光子，但是物质和反物质都有光子。如果存在一个有反物质组成的反银河系，那么仅仅通过这个反银河系发出的光是无法区别它和物质的银河系的。

怎样确定我们的周围并没有反物质？

如果在我们周围有反物质存在，那么反物质将和物质发生湮灭，我们就会看到光产生，但是我们并没有看到，所以我们的周围没有反物质存在。

关于太空存在反物质的可能性（反银河系和反恒星），理论家们有理由相信宇宙是由物质组成的。但是我们并不是百分之百的确信这一点，我们可以通过实验去证明，如要去太空搜索反物质的AMS（阿尔法磁谱仪）。

如果粒子和反粒子的唯一区别是电荷，那么怎么区别中子和反中子？

中子由夸克组成，而反中子由反夸克组成。夸克和反夸克的电荷相反，尽管在两种情况下电荷的总量为零。

区别中子和反中子的一个非常好的方法是把一个中子接近一个反中子，然后看它们是否立即发生湮灭。

关于反光子

光子电荷为零，并且光子内部并没有包括有电荷的对象，所以光子并不能够和反光子区分开。也就是说，光子和反光子是同种东西，光子是它自身的反光子？。

在反物质中声音怎样传播？

即使物质和反物质之间有区别，那个区别也是非常小的。正因为如此，在CERN中进行的实验研究反物质才是必要的。物质和反物质是如此相似，以至于当声音传播时，对物质和反物质来说，振动是一样的。一个反物质小提琴发出的声音和一个物质的小提琴是没有区别的。

重力对反物质将起什么作用？

重力对物体的作用取决于对象的能量。既然物质和反物质有相应的能量，那么重力对物质和反物质将起同样的作用。

这意味着由物质和反物质组成的对象都可以放在地板上，而由反物质组成的对象也不会在空中飘浮。

在加速器的一个循环当中，可以制造多少反物质？

在CERN的一个循环（大约一分钟一次）中，能够制造出5千万个反质子，也可以制造出几百个反氢原子。

在加速器的特殊结构部分，这些数字可以增加十倍多。这些数字听起来很多，但是实际上用克表示时，一年内的产量才是十亿分之一克。

制造反物质需要多少钱？

如果我们估计CERN在过去10年反物质的产量（大约1毫微克），那些反物质已经花掉了几亿瑞士法郎。