反物质你不知道的10件事

反物质是科幻小说里的东西。 在这本书和电影天使与魔鬼兰登教授试图拯救梵蒂冈反物质炸弹。《星际迷航》的企业使用毁灭物质反物质推进超越光速飞船、但是反物质也是现实的东西。 

反物质粒子与正物质几乎相同除了他们携带相反的电荷和自旋。 反物质与物质时,他们立即湮灭成能量。虽然反物质炸弹和反物质动力飞船是牵强附会,仍有许多关于反物质事让你烧脑。

1、大爆炸后反物质应该湮灭所有的物质

根据大爆炸理论,应该创造等量的物质和反物质。 当物质和反物质相遇时,它们湮灭,留下只是能量。 所以理论上我们的物质世界是不会存在。物理学家看来这只是因为最后有一个额外的物质粒子每十亿物质反物质对。 物理学家们努力工作,试图解释这种不对称。

2、反物质是比你想象的更接近你

少量的反物质不断降临到地球宇宙射线的形式,从太空高能粒子。 这些反物质粒子达到我们的大气层的速度从每平方米不到一到每平方米超过100。 科学家们还看到证据反物质生产高于雷暴。

但是其他的反物质来源甚至离家更近的地方。 例如香蕉会产生反物质,释放一个positron-the反物质相当于electron-about每75分钟。 这是因为香蕉含有少量的40、钾的天然同位素。 40衰变,偶尔出来一个正电子在这个过程。

我们的身体也包含40,这意味着正电子被发出。 反物质歼立即上与物质接触,所以这些反物质粒子是非常短暂的。

3、人类创造了只有少量的反物质

Antimatter-matter湮灭有可能释放大量的能量。 1克反物质可能产生爆炸核弹的大小。 然而,人类只产生少量的反物质。所有的反质子在费米实验室的粒子加速器Tevatron创建只有15毫微克。 

那些在欧洲核子研究中心约1毫微克。谜底在德国,约2毫微克的正电子产生。

如果所有的人类有史以来反物质湮灭,甚至不会产生的能量足以煮一杯茶。问题在于反物质的效率和成本的生产和存储。 使1克反物质将需要约2.5亿亿千瓦时的能源和成本超过一千万亿美元。

4、有一种东西作为一个反物质的陷阱

研究反物质与物质需要防止湮灭。 科学家发明了如何做到这一点。带电的反物质粒子如正电子和反质子可以在设备称为举行潘宁陷阱。这些都是与小加速器。 内,粒子周围的螺旋磁场和电场阻止他们碰撞墙壁的陷阱。

但潘宁陷阱不会工作在中性粒子如反氢原子。 因为他们没有电荷,这些粒子不能限于电场。 相反,他们正在举行约飞陷阱,工作通过创建一个地区的空间各个方向的磁场变大。 粒子卡住在该地区最弱的磁场,就像大理石打滚一碗的底部。地球的磁场也可以作为一种反物质的陷阱。 在环绕地球的区域发现了反质子范艾伦辐射带。

5、反物质可能下降

反物质和物质粒子有质量相同但不同电荷、自旋等属性。 标准模型预言,重力对物质和反物质应该有相同的影响;然而,这还有待观察。 实验等庇护, 和GBAR努力工作,试图找出。

观察重力对反物质的影响不是那么容易看一个苹果从树上掉下来。 这些实验需要持有反物质在陷阱或减速通过冷却温度略高于绝对零度。 因为重力是最弱的基本力量,物理学家们必须使用中性的反物质粒子在这些实验中,防止干扰的电力量更为强大。

6、反物质研究了粒子减速器

你听说过粒子加速器,但是你知道还有粒子减速器吗? 欧洲核子研究中心的房子一个叫做机器反质子减速器,存储环,可以捕获和减缓反质子研究它们的属性和行为。

在大型强子对撞机等圆形粒子加速器,粒子获得能量踢每次完成一个旋转。 减速器在反向工作;相反的能量增加,粒子有向后踢他们的速度缓慢。

7、中微子可能自己的反粒子

物质粒子和它的反物质伙伴带相反电荷,使它们容易区分。 中微子,很少近无质量粒子与物质相互作用,没有收费。 科学家相信他们可能马约喇纳粒子,一个假设的类的粒子,也是自己的反粒子、等项目马约喇纳演示和外200旨在确定中微子马约喇纳粒子通过寻找一个行为被称为近年双β衰变。同时一些放射性原子核衰变,释放出两个电子和两个中微子。 如果中微子是自己的反粒子,他们会彼此湮灭的双重衰减后,和科学家只能观察电子。

反物质发现马约喇纳中微子可以帮助解释为什么这个不对称的存在。 物理学家假设马约喇纳中微子可以是大还是小。 今天光的存在,重的大爆炸后只会存在权利。 这些沉重的马约喇纳中微子会腐烂的不对称,导致小问题过多,允许我们的宇宙存在。

8、反物质是用于医药

PET(正电子发射断层扫描)使用正电子产生身体的高分辨率图像。 正电子放射性同位素(类似于香蕉中发现的)附加到化学物质如葡萄糖利用自然的身体。 这些都是将其注射到血液中,自然分解,释放体内正电子,满足电子和湮灭。 湮灭产生伽马射线用于构造图像。

在欧洲核子研究中心的科学家王牌项目研究了反物质作为癌症治疗的潜在候选人。 医生已经发现他们可以针对肿瘤的粒子束,只会释放他们的能量后安全地通过健康的组织。 使用反质子添加了一个额外的能量。 这项技术被发现在仓鼠细胞是有效的,但是研究人员还没有在人类细胞进行研究。

9、现有的反物质可能仍在空间中潜藏

科学家们正试图解决反物质的这个不对称问题是通过寻找反物质宇宙大爆炸遗留下来的、阿尔法磁谱仪是一个粒子探测器,坐落在国际空间站寻找这些粒子。 AMS包含磁场,弯曲的道路分离物质与反物质宇宙粒子。 其探测器通过评估和识别的粒子。

宇宙射线撞击经常产生正电子和反质子,但创建一个antihelium原子的概率是极低的,因为这需要大量的能量。 这意味着即使是单一的观察antihelium核将强有力的证据存在大量反物质宇宙中其他地方。

10、人们实际上是学习如何与反物质燃料飞船

只是少量的反物质能产生巨大的力量,使之成为一个受欢迎的燃料未来的车辆出现在科幻小说中。反物质火箭推进假设是可能的;主要的限制是收集足够的反物质。目前还没有技术可以大量生产或收集反物质在这个应用程序所需的体积。 

然而少量的人员进行了仿真研究推进和存储。这些包括罗南·基恩和伟明张西储学院做了他们的工作和肯特州立大学,分别和马克·韦伯和他的同事们在华盛顿州立大学。 有一天,如果我们能找到一种方法来创建或收集大量反物质,他们的研究可能帮助antimatter-propelled星际旅行成为现实。

文/Diana Kwon/Symmetry Magazine

编辑：博科园