物质世界里的反物质 　 　　　 春上莱茵早

　　记得有个叫做《苍蝇人》的电影，说得是某位天才或者疯狂的
科学家，试图利用将人体解析成最基本的物质构成态然后以波的形
式发送到另外的地方再组合还原，达到以光速运送人类旅行的目的。
不过试验中居然有只苍蝇飞进了他的仪器，结果他就变成了人头苍
蝇身的恶心形象。与其说是科幻片，到不如说是恐怖片，因为那个
最后的人头苍蝇身实在是真正成为当时正端着饭盆的我的呕吐的对
象。不过片子的构思从物质构成角度来说，到还是有点意思的，因
为人体与我们周遍的世间万物解析到物质构成最基本单位确实没什
么区别。

　　这一点，人类的老祖宗早就开始考虑了。如同《道德经》里所
说：“道生一，一生二，二生三，三生万物。”古希腊人也就认为
水、火、空气和泥土是构成物质的基本元素。时至今日，人类已经
发现，物质由分子和原子组成，原子是由带负电的电子和带正电的
原子核组成。再往下划分，物质又可以分成强子——由夸克组成，
包括上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克；轻子
——包括电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微
子；还有传播子——传递强作用的各种胶子。物质组成的研究，帮
助人们重新认识了物质的世界，也帮助人们认清了物质之间的各种
相互作用。

　　不过，世界上的万物是否可以统归入物质范畴呢？答案应该是
对的，不过，这里的物质得再解释一下，那就是正物质与反物质。
正物质的概念就如同人们现今普遍理解的含义，但反物质又是什么？

　　

　　　安德森拍到的第一张正电子轨迹照片。正电子从上往下运动，
　　　穿过气室中央的铅板。其轨迹因磁场的作用而呈弧状。

　　１９３２年，美国科学家安德森发现了一种特殊的粒子。与之
前发现的电子相比，其质量和带电量完全相同，但它带的是正电，
而电子带的是负电。因此，这被称为正电子。正电子也就是电子的
反粒子。正电子的发现，毫无疑问的引发了科学家们新的探索之旅，
而就此，一个反物质的世界如同沉睡千年的底下宫殿逐渐呈现在人
们眼前：１９５５年，反质子在美国的一家实验室中被发现，其后
人们又发现了反中子。到上个世纪６０年代，基本粒子中的反粒子
差不多全被人们找到了。

　　　　

　　　　　　　通古斯大爆炸是反物质引起的吗？

　　１９０８年６月３０日格林尼治时间零时，俄罗斯西伯利亚东
起勒拿河、西至叶尼塞河直线距离约１５００公里的广大地区上空，
一个巨大的天体拖着长长的烟火尾巴，伴随着雷鸣般的轰鸣飞过东
起勒拿河、西至叶尼塞河，直线距离约１５００公里的天空。随后，
人们感到三次强烈的爆炸，伊尔库茨克地震站测定其爆炸当量相当
于１０００至１５００万吨ＴＮＴ炸药。爆炸后的几天里，东至勒
拿河、西至爱尔兰、南至塔什干、波尔多（法国）一线的北半球广
大地区连续出现了白夜现象。爆炸之后，科学家们在叶尼塞河中、
下游和勒拿河支流维季姆附近，先后发现了３个与月球火山口相似、
直径为９０至２００米的爆炸坑和一片面积约２０００平方公里的
被冲击波击倒的原始森林。在随后的探险考察中，科学家们还发现
爆炸地区土壤被磁化，１９０８至１９０９年的树木年轮中出现放
射性异常，某些动物出现遗传变异。由于现场没有发现任何陨石碎
片等，基本排除流星或陨石坠落等。一个可能的解释，就是反物质
造成了这一著名的通古斯大爆炸。

　　科学家研究认为，宇宙中存在着我们看不见摸不着的“反物质
世界”，它的基本属性同我们周围的世界正好相反。反物质的原子
核是由反质子和反中子构成的“负核”，外有正电子环绕。反物质
一旦同我们世界的“正物质”接触，便会在瞬间发生爆炸，物质和
反物质变为光子或介子，释放巨大能量，产生“湮灭”现象。

　　　银河系中央，物质与反物质湮灭时产生的γ射线爆。康普顿卫星1997年摄。

　　迄今为止，人们已经多次证实了反物质的存在。１９９５年，
欧洲核子研究中心（ＣＥＲＮ）的科学家在世界上制成了第一批反
物质——反氢原子。科学家利用加速器，将速度极高的负质子流射
向氙原子核，以制造反氢原子。由于负质子与氙原子核相撞后会产
生正电子，刚诞生的一个正电子如果恰好与负质子流中的另外一个
负质子结合就会形成一个反氢原。在累计１５小时的实验中，共记
录到９个反氢原子存在的证据。由于这些反氢原子处在正物质的包
围之中。因此它们的寿命极短，平均寿命仅为３０纳秒（一亿分之
三秒）。１９９６年，美国费米国立加速器实验室成功制造了７个
反氢原子。

　　目前，在实验室中制造正电子、负质子等反基本粒子已是轻而
易举，而将正电子与负质子组成反原子尚十分困难，因为将这两种
粒子结合在一起并且能证实它们结合成反原子的工作十分复杂，因
此科学家需要研制功能更强大的研究工具。而且，人们还有一个普
遍的疑问，那就是反物质如何能存储在物质的世界里？

　　科学不是万能的，但真正的科学总是可以带来无限可能。就在
今年２月，欧洲核子研究中心的科学家日前宣布，他们可能已经成
功的实现捕捉并存储反氢原子。科学家审慎的表示，他们相信已经
存储了数千个反氢原子，但尚需等待进一步的实验证实。

　　　　

　　　CERN的反质子收集器（AC）和反质子存储器（AA）装置

　　据《新科学家》杂志报道，欧洲核子中心的科学家杰拉尔德·
加夫列尔瑟领导的一个科研小组，使用高能磁场捕捉在该中心粒子
加速器中实验得到的反质子，然后引入正电子流，并使用电场对其
减速，再使得两种粒子汇合在被称为“粒子陷阱”的结构中。由于
物质或者带有正电荷或者带有负电荷，因此它们可以被保存在具有
适当电磁场结构的“陷阱”中。之后科学家再将该粒子陷阱放置入
电场条件下，结果发现部分粒子出现无法移动的现象。科学家认为，
这表示两种反粒子结合形成了中性的反氢原子。

　　加夫列尔瑟认为，“这种条件下很难认为没有反氢原子的存在”，
只是他们还不能确定具体存储了多少反氢原子。但他同时表示，希
望能够在该中心的粒子加速器恢复运转后，可以重复确认上述发现，
以期最终确证这一研究成果。如果上述实验结果最终得到证实，将
为人类在物质认知领域带来重大突破。