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物理學上指原子核由反質子和反中子組成的帶負電荷的物質。反核子（反質子和反中子）組成反原子核，反原子核和正電子組成反原子，各種反原子組成各種反物質。 |
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| 反質子、反中子和反電子如果像質子、中子、電子那樣結合起來就形成了反原子。由反原子構成的物質就是反物質。當你照鏡子時，鏡中的那個你如果真的存在，並出現在你面前，會怎麽樣呢？科學家們已經考慮過這個問題，他們把鏡中那個你叫做“反你”。科學家想象很遠的地方有個和我們的世界很像的世界，它將是一個由反恆星、反房子、反食物等所有的反物質構成的反世界。反物質正是一般物質的對立面，而一般物質就是構成宇宙的主要部分。 |
粒子物理中的反物質概念 Antimatter in particle physics concepts |
我們知道，把自然界紛呈多樣的宏觀物體還原到微觀本源，它們都是由質子、中子和電子所組成的。這些粒子因而被稱為基本粒子，意指它們是構造世上萬物的基本磚塊，事實上基本粒子世界並沒有這麽簡單。在30年代初，就有人發現了帶正電的電子，這是人們認識反物質的第一步。到了50年代，隨着反質子和反中子的發現，人們開始明確地意識到，任何基本粒子都在自然界中有相應的反粒子存在。
電子和反電子的質量相同，但有相反的電荷。質子與反質子也是這樣。那麽中子與反中子的性質有什麽差別？其實粒子實驗已證實，粒子與反粒子不僅電荷相反，其他一切可以相反的性質也都相反。這裏我們討論一下重子數的概念。
質子與中子被統稱為核子。人們從核現象的研究發現，質子能轉化為中子，中子也能轉化為質子，但在轉化前後，係統的總核子數是不變的。50年代起的粒子實驗表明，還有很多種比核子重的粒子，它們與核子也屬同一類，這類粒子於是被改稱為重子，核子僅是其最輕的代表，一般的規律是：當粒子通過相互作用而發生轉化，係統中的重子個數是不會改變的。
由於重子數的守恆性，兩個質子相碰是不會産生一個包含三個重子的係統的，那麽反核子應當怎麽産生？實驗表明，反核子總是在碰撞中與核子成對地産生的。例如
p+p → n+n+n+n'+若幹 π介子
其中n代表質子或中子，n'代表反質子或反中子。反核子一旦産生，它常很快與周圍的某個核子再相碰而鹹對地湮滅。例如
n+n' → 若幹 π介子
對於比核子更重的重子，情況完全一樣。反重子也總是與重子成對地産生，成對地湮滅的。這些經驗使人們認識到，重子數的守恆規律需要重新認識。
現在人們把重子數b當作描述粒子性質的一種荷。正反重子不僅有相反的電荷，而且也有相反的重子數b。令任一個重子都具有重子數b=+1，則任一個反重子都具有b=-1。介子、輕子和規範子等非重子不具有重子數，即它們有b=0。重子數的守恆規律可表述為：任何粒子反應都不會改變係統的總重子數b。這表述既反映了不涉及反粒子時的重子個數不變，也概括了反粒子與粒子的成對産生和湮滅。現在我們容易理解中子和反中子的區別了，它們具有相反的重子數b，因此反中子能與核子相碰導致湮滅，而中子則不能。
此外，人們還類似地發現了輕子數的守恆性。中微子雖不帶電，也不具有重子數，但它與反中微子具有相反的輕子數。按輕子數的守恆性，中微子與反中微子的物理行為也是很不一樣的，實驗還表明，介子數和規範粒子數是不具有守恆性的。這樣我們看到，電荷衹是粒子的一種屬性，另外還有用重子數和輕子數等物理量刻畫的其他屬性。正反粒子的這些屬性也都是相反的。
我們周圍的宏觀物質主要由重子數為正的質子和中子所組成。因此，這樣的物質被稱為正物質，由他們的反粒子組成的物質相應地叫反物質。從粒子物理的角度講，正粒子和反拉子的性質幾乎完全對稱，那麽為什麽自然界有大量的正物質，而卻幾乎沒有反物質呢？這正是我們現在要討論的問題。 |
宇宙中有反物質天體嗎？ Antimatter objects in the universe has it? |
粒子實驗已證實，正反粒子的強作用和電磁作用性質完全一樣，因此反質子和反中子也能結合成帶負電的反原子核，反核和反電子結合在一起，就能組成反原子。我們的正物質世界有多少種原子，相應在反物質世界中也能有多少種反原子，而且它們在結構上將是完全沒有區別的，延伸起來講，大量反原子可以構成反物質的恆星和星係。如果宇宙中正反物質為等量，那麽這樣的反恆星和反星係就應當存在。因此這給天文學家提出了一個深刻的問題：天上有反恆星和反星係嗎？
要由觀測來分辨遠處星係由物質構成或反物質構成並不容易，至今的天文觀測衹是接收遠處天體所放出的光子。原則上，正物質天體若輻射光子，那麽同樣的反物質天體應當輻射反光子。但是光子是純中性的粒子，因此光子與反光子是同一種粒子。這樣，天文學家通過可見光、射電、x射綫或 γ 射綫觀測，原則上無法區分他的目的物是由物質構成還是由反物質構成。恆星和星係除了輻射光子外，它們還輻射中微子。中微子與反中微子很不一樣，如果天文學家能接收中微子，那麽他就能區分物質天體與反物質天體。可惜中微子與任何物質的相互作用都很微弱，造一個能接收它們的儀器很睏難。今天用這辦法來區分物質天體或反物質天體還辦不到。那麽讓我們問：與我們最鄰近的太陽或月亮會是由反物質組徹嗎？
月亮是離我們最近的天體，由地面出發的宇航員已在月球上登陸過。如果月球是由反物質組成的，那麽在那位宇航員與月球接觸時，湮滅過程早已把他轉化為介子了。這是直接證據，表明月亮是正物質天體。至於太陽，那是人類沒有可能登陸的地方。那麽怎麽才能知道它不是由反物質組成的呢？太陽表面的氣體很熱，其中熱運動速度較快的原子的速度已超過了太陽表面的逃逸速度，這就是太陽風的起因，若太陽是反物質恆星，太陽風就由反原子組成，它吹到行星上，就會和行星的正原子相湮滅。於是正物質組成的行星會逐漸消失掉，這種消失過程沒有發生，就證明了整個太陽係中沒有反物質天體。這樣，如果要存在反物質天體，它至少應在太陽係之外。
把眼光放遠到整個銀河係，要問的是：在這個由千億個恆星構成的係統中，會有一部分是反恆星嗎？今天人們也已能肯定地回答：不會有。我們從地面上能接收到太空中飛行的宇宙射綫。觀測統計表明，宇宙射綫粒子中反質子僅是質子的萬分之幾，並且這少量的反質子是高能粒子碰撞的次級産物，而不是原始的，此外宇宙射綫中有很少的 α 粒子（即氦核），但是反 α 粒子卻一個也沒有發現過，這些事實說明原初的宇宙射綫是由正物質組成的。如果銀河係中有反物質恆星，那麽宇宙射綫粒子將與它碰撞而發生湮滅。湮滅産生的 π 0 介子將很快衰變而成 γ 光子。因此這種湮滅過程是能夠通過 γ 射綫的觀測來發現的。正是沒能找到湮滅過程所放出的很有特徵性的 γ 光子，使人們知道，銀河係中並沒有反恆星的存在，整個銀河係都是由正物質組成的。
我們的宇宙是由大量星係構成的。若在遠處有反物質組成的星係，原則上也能用同樣的道理來發現。星係之間並不是真空，而是彌漫着很稀薄的氣體。因此，若既有正物質星係又有反物質星係，那麽正反物質必會相遇，相遇處必會有湮滅過程發生。人們着意地尋找了相應的 γ 射綫，而沒有找到過。於是得出結論：在三千萬光年的範圍內不會有巨大的反物質星係存在。若在更遠的地方有這種湮滅發生，由於它的信號太弱而沒有被發現是不能排除的。所以上述結論是今天的觀測能力所能給出的回答。
在這樣的結果面前，人們的看法分成了兩種。一種認為宇宙中正反物質應當是等量的，需要的是從更遠處去尋找反物質星係存在的證據。另一種認為事實已暗示，宇宙中沒有大量的反物質存在，需要的是從宇宙的演化中去尋找造成今天沒有反物質的原因。 |
繼續尋找反物質的努力 Efforts continue to search for antimatter |
1998年的夏天，美國宇航局把阿爾法磁譜儀送上了太空。它的主要目標之一是尋找宇宙射綫中的反原子核。由於我國參與了這項研究，因此新聞媒體曾熱心地宣傳過它。
如果相信宇宙中有等量的物質和反物質，那麽在三千萬光年之外應有大範圍的反星係區存在。在那裏，原始的宇宙射綫應是由反質子和反 α 粒子組成的。那裏的部分宇宙射綫粒子會飛進我們這個由正物質構成的區域。由於星係際大部分地方很空曠，氣體的密度約衹有每立方米一個質子的質量。因此反原子核可自由地飛行很長的距離。這樣，放置在地球大氣層之外的磁譜儀就能接收到它。這就是阿爾法磁譜儀計劃的基本想法。
上面已提到，實際測到的並不衹是原始的射綫粒子，它也包含由中途碰撞産生的次級粒子。因此當我們從宇宙射綫中發現了反質子，它並不說明遠處一定有反物質天體區存在。這些反質子完全可能是次級産生的。反原子核就不一樣。它是由若幹個反核子結合而成的復合體，所以不可能是碰撞産生的次級粒子。因此，如果能從宇宙射綫中觀測到那怕衹有一個反 α 粒子，它將是有力的證據，表明遠處有反物質天體存在。阿爾法磁譜儀能同時準確地測定飛入儀器的粒子的質量和電荷。當太空中有反 α 粒子飛入磁譜儀，它是容易被分辨出來的。這正是設計者所期望的事。現在阿爾法磁譜儀升空已有一年了，它接收到的信息正在陸續送回，其結果無疑非常令人關註。
若阿爾法磁譜儀的觀測證實了遠處有巨大的反物質區存在，那它肯定是一個里程碑式的成果。它的意義遠不僅是證實了宇宙中有反物質天體，更重要的是它對物理學提出了嚴峻的挑戰。在早期宇宙中，正反粒子必是混合的。按現有的物理理論，沒有一種己知的作用力能使它們發生大範圍的分離。因此，如果觀測證實遠處確有已被分離出去的大量反物質，物理學將需要突破性的變化。 |
正反物質的不對稱疑難 Difficult antimatter asymmetry |
在多數理論傢看來，宇宙中正反物質的大尺度分離是不可能發生的。因此，三千萬光年的範圍內沒有反物質天體，已說明宇宙中大塊的反物質是不存在的。但是理論傢也相信，極早期宇宙中正反物質應當等量。這樣，需要做的事是尋找物理機理，來說明宇宙如何才能從正反物質等量的狀態過渡到正物質為主的狀態。這裏，理論傢也遇到了非常尖銳的睏難。
按照大爆炸理論，甚早期宇宙介質的溫度非常高。粒子間的熱碰撞會成對地産生任何基本粒子。當粒子的成對湮滅與成對産生達到統計平衡，宇宙介質就是一切基本粒子構成的混合氣體，且任一種穩定或不穩定的粒子都有接近相等的數密度。至於重子和反重子的數目是否嚴格相等，這不是由物理規律决定，而是由初條件决定的。
在理論傢看來，在最初的宇宙中正反粒子應當等量纔自然。但是易於看出，若這想法是對的，重子的守恆性立即會給出與事實明顯不符的推論。當宇宙的膨脹使氣體溫度降至10 13 k以下，由於粒子的熱動能已不夠，熱碰撞成對産生重子已不可能。於是湮滅過程將使正反重子的數目同時迅速下降。最終，宇宙中將既沒有重子，也沒有反重子。這顯然不是真實宇宙的情景。事實上，今天宇宙中光子的數目最多．重子的數目是它的十萬萬分之一左右，反重子的數目很可能還要低許多量級。如果重子數b的守恆性是嚴格的物理規律，要宇宙從正反重子等量的狀態演化成今天這樣的狀態是不可能的。然後，理論傢又不能相信在原始的宇宙中重子就會多於反重子，那麽問題的出路在哪兒？
重子數b的守恆性肯定是嚴格成立的物理規律嗎？至今難以計數的粒子實驗確實沒有發現過一個破壞重子數守恆的事例，但是這並不說明它一定是嚴格的規律。回顧一下化學的發展可作藉鑒。化學反應是元素的重新組合。經驗表明，在重組合的前後，每一種元素的原子數是守恆的，無數的化學實踐表明沒有例外。想把汞變金的煉金術的失敗，更從反面提供了證明。但是有了核反應的知識後人們已清楚知道，汞變成金完全可能，關鍵在於要有高的能量讓原子核發生變化。化學反應是在粒子能量小於1ev的條件下進行的，這條件下原子核不能相互接觸，核反應就不能發生。若過程中粒子的能量超過1mev，原子核之間就能充分接近，那麽原子核就能變化了，原子數的守恆性也就隨之破壞了。由此看來，原子數在化學過程中的守恆不是偶然的，但是它僅是低能下的唯象規律，而不是普遍成立的自然規律。藉鑒同樣的道理，重子數的守恆性也可能僅是一定能量範圍的唯象規律，而不是普遍成立的。當粒子的能量更高，重子數的守恆性完全可能會不成立，這正是今天的理論傢看到的出路。
從70年代中期起，粒子物理中由弱電統一理論的成功，掀起了研究相互作用大統一的潮流。按這樣的理論，高能下發生破壞重子數守恆的過程是自然的事，粒子物理中的這一潮流與宇宙學解决正反物質不對稱疑難的需要不謀而合了。於是這疑難問題作為粒子物理和宇宙學的交叉領域而得到了很多進展。人們已清楚，要從正反物質等量的早期宇宙演化出今天正物質為主的狀態，除了重子數守恆須可能被破壞外，正反粒子的相互作用性質還必須有適量的差別。由於超高能下的粒子物理規律至今還沒有被掌握，因此實際上自然界是否確實具備這兩個要素，尚不能回答，人們正在試探和摸索之中，如果今天的宇宙中衹有正物質天體是事實，問題是否能按這思路得到解决也還並不完全肯定。
總之，為徹底揭開宇宙反物質之謎，前面還有漫長路要走。人們已能預料，這問題的解决不僅對認識宇宙是重要的，它對物理學的影響也將是很深刻的。
下面將小說《天使與魔鬼》（丹·布朗著）中提到的一些：
反物質是人類目前所知的威力最大的能量源。它能百分之百的效率釋放能量（核裂變的幾率是百分之一點五）。反物質不造成污染，也不産生輻射，一小滴反物質就可以維持整個紐約城全天的動能。
先別過於樂觀，，個中可隱藏着危機……
反物質極不穩定，它可以把接觸到的任何東西化為灰燼……連空氣也概莫能外。僅僅一剋反物質就相當於20千噸當量的核炸彈的能量——相當於當年扔在廣島的那顆原子彈的能量。 |
神秘的未知現象,反物質? Mysterious unknown phenomena, and anti-matter? |
一些科學發現，常常使人們目瞪口呆，難以置信。而正是這些難以置信的發現，推動了人們對客觀世界的認識和科學的進步。反物質的發現就是這樣。
1932年，美國科學家安德森發現了一種特殊的粒子，它的質量和帶電量同電子一樣，衹是它帶的是正電，而電子帶的是負電。因此，人們稱它為正電子。
正電子是電子的反粒子。
正電子的發現引起了科學界的震驚和轟動。它是偶然的還是具有普遍性?如果具有普遍性，那麽其它粒子是不是都具有反粒子?於是，科學家們在探索微觀世界的研究中又增加了一個尋找的目標。
1955年，在美國的實驗室中反質子被找到了。後來，又發現了反中子。60年代，基本粒子中的反粒子差不多全被人們找到了。一個反物質的世界漸漸被科學家像考古般地"挖掘"了出來。
反物質的發現，使人們自然地聯想起了本世紀的許多不解之謎。
最著名的是被稱為"世紀巨謎"的通古斯大爆炸。1908年6月30日凌晨，俄國西伯利亞通古斯地區的泰加森林裏，突然發生了一場劇烈的大爆炸。隨着一道白光閃過和一聲天崩地裂般的巨響，一片沉睡的原始森林頃刻化為灰燼。大火吞沒了數百公裏之內的城鎮和生命，融化了冰層和凍土，引起山洪爆發、江河泛濫，仿佛"世界末日"到了。據估計，這次爆炸的威力相當於上百顆氫彈一齊爆炸!
通古斯爆炸震驚了全世界，"通古斯"也一夜之間名揚全球。由於西伯利亞的嚴寒和交通不便，直到1921年纔由前蘇聯的一個研究小組第一次前去考察。以後世界上其他國傢相繼派團考察，但至今通古斯大爆炸之謎依然衆說紛紜，莫衷一是。其中一種說法便認為是反物質引起的"湮滅"現象。因為這種能級的爆炸除非是流星或隕石墜落，否則無法解釋，而那裏卻沒有任何隕石碎塊。
1979年9月22日，美國的一顆衛星拍攝了發生在西非沿海一帶的酷似強烈爆炸的照片，經分析，它的強度相當於一次核爆炸。當時，衹有美、蘇、英等少數幾個國傢擁有核武器，誰會到如此遙遠的地方進行核試驗呢?美國政府幾經調查，否定了核爆炸的可能性，認為是衛星和隕石撞擊使儀器發錯了信號，但第二年，這顆衛星又在同一海域記錄到了與上次相同的現象，令政界和科學界大惑不解。對堅持通古斯大爆炸是反物質"湮滅"現象的科學家來說，又多了一個論據。
1984年4月29日晚10時許，日本一架班機飛抵美國阿拉斯加時，副機長突然發現飛機的前方有一團巨大的"蘑菇雲"，而且急速嚮四周擴散，天空一片灰藍……與此同時，荷蘭的一架班機和這條航綫上的其他兩架飛機也見到了這種現象。降落後，獲悉消息的美國當局立即對這四架飛機及機上人員進行放射性污染測試，結果，沒有發現任何放射性污染的痕跡。目擊者十分肯定地說這是核爆炸産生的煙霧，因而留下了又一個本世紀的"爆炸之謎"。
反物質的研究者認為，宇宙中存在着我們看不見摸不着的"反物質世界"，它的基本屬性同我們周圍的世界正好相反。反物質的原子核是由反質子和反中子構成的"負核"，外有正電子環繞。反物質一旦同我們世界的"正物質"接觸，便會在瞬間發生爆炸，物質和反物質變為光子或介子，釋放巨大能量，産生"湮滅"現象。
"反物質說"雖然衹是科學上的一種假說，還有待證實，但反粒子等"負性物質"是確實存在的，而且現在又發現了反氘、反氫、反氦等等一係列反物質。相信隨着科學技術的不斷發展和科學研究的不斷深入，人們對反物質作用的認識一定會越來越深刻，反物質世界必將為人類做出應做的貢獻 |
粒子物理中的反物質概念 Antimatter in particle physics concepts |
我們知道，把自然界紛呈多樣的宏觀物體還原到微觀本源，它們都是由質子、中子和電子所組成的。這些粒子因而被稱為基本粒子，意指它們是構造世上萬物的基本磚塊，事實上基本粒子世界並沒有這麽簡單。在30年代初，就有人發現了帶正電的電子，這是人們認識反物質的第一步。到了50年代，隨着反質子和反中子的發現，人們開始明確地意識到，任何基本粒子都在自然界中有相應的反粒子存在。
電子和反電子的質量相同，但有相反的電荷。質子與反質子也是這樣。那麽中子與反中子的性質有什麽差別？其實粒子實驗已證實，粒子與反粒子不僅電荷相反，其他一切可以相反的性質也都相反。這裏我們討論一下重子數的概念。
質子與中子被統稱為核子。人們從核現象的研究發現，質子能轉化為中子，中子也能轉化為質子，但在轉化前後，係統的總核子數是不變的。50年代起的粒子實驗表明，還有很多種比核子重的粒子，它們與核子也屬同一類，這類粒子於是被改稱為重子，核子僅是其最輕的代表，一般的規律是：當粒子通過相互作用而發生轉化，係統中的重子個數是不會改變的。
由於重子數的守恆性，兩個質子相碰是不會産生一個包含三個重子的係統的，那麽反核子應當怎麽産生？實驗表明，反核子總是在碰撞中與核子成對地産生的。例如
p+p → N+N+N+N'+若幹 π介子
其中N代表質子或中子，N'代表反質子或反中子。反核子一旦産生，它常很快與周圍的某個核子再相碰而成對地湮滅。例如
N+N' → 若幹 π介子
按照這種說法推論，在宇宙的某個地方，一定存在着反物質世界。如果反物質世界真的存在的話，那麽，它衹有不與物質會合才能存在。可物質與反物質怎樣才能不會合？反物質在宇宙何方？這還是待解之迷。
對於比核子更重的重子，情況完全一樣。反重子也總是與重子成對地産生，成對地湮滅的。這些經驗使人們認識到，重子數的守恆規律需要重新認識。
現在人們把重子數B當作描述粒子性質的一種電荷。正反重子不僅有相反的電荷，而且也有相反的重子數B。令任一個重子都具有重子數B=+1，則任一個反重子都具有B=-1。介子、輕子和規範子等非重子不具有重子數，即它們有B=0。重子數的守恆規律可表述為：任何粒子反應都不會改變係統的總重子數B。這表述既反映了不涉及反粒子時的重子個數不變，也概括了反粒子與粒子的成對産生和湮滅。現在我們容易理解中子和反中子的區別了，它們具有相反的重子數B，因此反中子能與核子相碰導致湮滅，而中子則不能。
此外，人們還類似地發現了輕子數的守恆性。中微子雖不帶電，也不具有重子數，但它與反中微子具有相反的輕子數。按輕子數的守恆性，中微子與反中微子的物理行為也是很不一樣的，實驗還表明，介子數和規範粒子數是不具有守恆性的。這樣我們看到，電荷衹是粒子的一種屬性，另外還有用重子數和輕子數等物理量刻畫的其他屬性。正反粒子的這些屬性也都是相反的。
1928年，英國青年物理學家狄拉剋從理論上首次論證了正電子的存在。這種正電子除了電性和電子相反外，一切性質和電子相同。1932年，美國物理學家安德遜在實驗室中發現了狄拉剋所預言的正電子。1955年，美國物理學家西格雷等人用人工的方法獲得了反質子。此後人們逐漸認識到，不僅質子和電子，所有的微觀粒子都有各自的反粒子。
這一係列科學成果使人們日漸接近反物質世界。然而問題並不那麽簡單。首先，在地球上很難發現反物質。因為粒子與反粒子碰到一起，就像冰塊遇上火球一樣，或者一起消失，或者轉變為其他粒子。所以在地球上，反物質一旦碰上其它物質就會被兼併掉。其次，製造反物質相當睏難而且耗費巨大，需要如SSC或LHC之類的高科技儀器，並且即使製造出反物質，也難以保存，因為地球上萬物都由物質構成。
我們周圍的宏觀物質主要由重子數為正的質子和中子所組成。因此，這樣的物質被稱為正物質，由他們的反粒子組成的物質相應地叫反物質。從粒子物理的角度講，正粒子和反粒子的性質幾乎完全對稱，那麽為什麽自然界有大量的正物質，而卻幾乎沒有反物質呢？這正是我們現在要討論的問題。
從根本上說，反物質就是物質的一種倒轉的表現形式。愛因斯坦曾經根據相對論預言過反物質的存在：“對於一個質量為m，所帶電荷為e的物質，一定存在一個質量為m，所帶電荷為-e的物質（即反物質）”。
NASA設想的正電子飛船(開發中) |
宇宙有反物質存在嗎？ Antimatter universe exist? |
從哲學角度來講，這個問題很容易回答。我國古代的太極圖似乎也暗示了它的存在，部分天文學家也認為有存在的可能，但現代天文學還拿不出令人信服的證據。否定反物質的人很多，美國宇宙學家施拉姆（Schramm）說：“大多數理論傢的直覺，不存在反物質。這意味着如果你找到它，那是一個偉大的發現，證明這些理論傢都是錯誤的。但是最大的可能是，這意味着你找不到它。”
目前，由丁肇中主持的這項研究已有16個國傢的科學家參與其中，投入的資金更是高達1000多億美元。許多科學家表示：衹要能發現宇宙反物質的存在，那麽這將是當之無愧的諾貝爾奬。該探測器已於2005年發射升空並永久停留在太空，東南大學還將建立一個數據接收分析中心和培訓中心作為配套項目。丁肇中認為，如果反物質確實存在，當正物質與反物質碰撞時可以産生巨大的能量。他現在所主持的“尋找宇宙中的暗物質和反物質”的研究已進行多年，目前已取得一些重要成果。“但是，從這一領域發展的歷史來看，人們要有思想準備，也許我們會發現意想不到的東西，與原先想研究的東西毫無關係。”丁肇中很慎重地表示。
從拉普拉斯大預言談起
天體有巨大的引力，在巨大的引力作用下，會發生各類反應，並發光發熱。物極必反，拉普拉斯（P?S?Laplace）曾經大膽預言：宇宙中最大的天體有可能是看不見的。當引力隨質量增大時，天體會變成一個一無所有的區域，既不發熱，也不發光，現在我們稱之為“黑洞”（Black Hole）。因此宇宙更多的是由不可見的暗物質或反物質組成，我們肉眼和天文儀器所能“看”到的衹是以恆星或以星係形式存在的宇宙結構，這些物質衹占宇宙總體的10％，90％的物質是以暗物質或其他結構形式存在。顯而易見，對可見物質的巨大引力的存在表明了暗物質或反物質的存在。可是我們用光無法探測到，用紅外綫、紫外綫和X光都無法探覓到它們的足跡。
同樣的，對應着現存的星係結構體係，有由相反的反宇宙結構體係存在嗎？其實早在1898年，一位英國物理學家就提出：與物質存在一樣，有一個鏡像對應的反物質存在。受當時科學水平和試驗條件的限製，這個反物質概念沒有一點事實依據，因此在宇宙深處存在由反物質組成的宇宙恆星雲衹能屬於純粹意義上的假說。
1997年科學家宣佈發現了“銀心反物質噴泉”極大地震撼了整個物理學界，使科學家們尋找反物質的熱情一下子高漲起來。
1998年6月3日，由丁肇中教授發起的帶有全球意義的尋找宇宙反物質事件，使得這一領域一度成為全球科學家最為關註的焦點。 |
宇宙中有反物質天體嗎？ Antimatter objects in the universe has it? |
粒子實驗已證實，正反粒子的強作用和電磁作用性質完全一樣，因此反質子和反中子也能結合成帶負電的反原子核，反核和反電子結合在一起，就能組成反原子。我們的正物質世界有多少種原子，相應在反物質世界中也能有多少種反原子，而且它們在結構上將是完全沒有區別的，延伸起來講，大量反原子可以構成反物質的恆星和星係。如果宇宙中正反物質為等量，那麽這樣的反恆星和反星係就應當存在。因此這給天文學家提出了一個深刻的問題：天上有反恆星和反星係嗎？
要由觀測來分辨遠處星係由物質構成或反物質構成並不容易，至今的天文觀測衹是接收遠處天體所放出的光子。原則上，正物質天體若輻射光子，那麽同樣的反物質天體應當輻射反光子。但是光子是純中性的粒子，因此光子與反光子是同一種粒子。這樣，天文學家通過可見光、射電、X射綫或 γ 射綫觀測，原則上無法區分他的目的物是由物質構成還是由反物質構成。恆星和星係除了輻射光子外，它們還輻射中微子。中微子與反中微子很不一樣，如果天文學家能接收中微子，那麽他就能區分物質天體與反物質天體。可惜中微子與任何物質的相互作用都很微弱，造一個能接收它們的儀器很睏難。今天用這辦法來區分物質天體或反物質天體還辦不到。那麽讓我們問：與我們最鄰近的太陽或月亮會是由反物質組成嗎？
月亮是離我們最近的天體，由地面出發的宇航員已在月球上登陸過。如果月球是由反物質組成的，那麽在那位宇航員與月球接觸時，湮滅過程早已把他轉化為介子了。這是直接證據，表明月亮是正物質天體。至於太陽，那是人類沒有可能登陸的地方。那麽怎麽才能知道它不是由反物質組成的呢？太陽表面的氣體很熱，其中熱運動速度較快的原子的速度已超過了太陽表面的逃逸速度，這就是太陽風的起因，若太陽是反物質恆星，太陽風就由反原子組成，它吹到行星上，就會和行星的正原子相湮滅。於是正物質組成的行星會逐漸消失掉，這種消失過程沒有發生，就證明了整個太陽係中沒有反物質天體。這樣，如果要存在反物質天體，它至少應在太陽係之外。
1979年，美國科學家把一個有60層樓高的巨大氣球放到離地面35公裏的高空，氣球上載有一批十分靈敏的探測儀器，結果，它在高空獵取了28個反質子。這是在地球以外第一次發現的反物質。除此之外，還在星際空間發現了反物質流。
把眼光放遠到整個銀河係，要問的是：在這個由千億個恆星構成的係統中，會有一部分是反恆星嗎？今天人們也已能肯定地回答：不會有。我們從地面上能接收到太空中飛行的宇宙射綫。觀測統計表明，宇宙射綫粒子中反質子僅是質子的萬分之幾，並且這少量的反質子是高能粒子碰撞的次級産物，而不是原始的，此外宇宙射綫中有很少的 α 粒子（即氦核），但是反 α 粒子卻一個也沒有發現過，這些事實說明原初的宇宙射綫是由正物質組成的。如果銀河係中有反物質恆星，那麽宇宙射綫粒子將與它碰撞而發生湮滅。湮滅産生的 π 0 介子將很快衰變而成 γ 光子。因此這種湮滅過程是能夠通過 γ 射綫的觀測來發現的。正是沒能找到湮滅過程所放出的很有特徵性的 γ 光子，使人們知道，銀河係中並沒有反恆星的存在，整個銀河係都是由正物質組成的。
我們的宇宙是由大量星係構成的。若在遠處有反物質組成的星係，原則上也能用同樣的道理來發現。星係之間並不是真空，而是彌漫着很稀薄的氣體。因此，若既有正物質星係又有反物質星係，那麽正反物質必會相遇，相遇處必會有湮滅過程發生。人們着意地尋找了相應的 γ 射綫，而沒有找到過。於是得出結論：在三千萬光年的範圍內不會有巨大的反物質星係存在。若在更遠的地方有這種湮滅發生，由於它的信號太弱而沒有被發現是不能排除的。所以上述結論是今天的觀測能力所能給出的回答。
在這樣的結果面前，人們的看法分成了兩種。一種認為宇宙中正反物質應當是等量的，需要的是從更遠處去尋找反物質星係存在的證據。另一種認為事實已暗示，宇宙中沒有大量的反物質存在，需要的是從宇宙的演化中去尋找造成今天沒有反物質的原因。 |
黑洞與反物質通道 Black holes and antimatter channel |
根據廣義相對論引力場方程推出：宇宙中的黑洞是連接兩個分離時空區的隧道，假如反物質世界處於另一時空，那麽黑洞就可能是反物質世界的通道。但對於黑洞內部我們仍然一無所知，確切地說，黑洞內部就是一個反物質世界，而遠非“黑洞無毛理論”(No Hair Theorem)所說的那麽簡單。
有人把反物質世界和物質世界關係用一張紙條來加以證明。取一張小紙條，完好地把兩頭粘連起來，試想，如果有一隻螞蟻在外表爬行，它怎樣才能進入另一面呢?有兩個辦法：一是爬過紙帶邊緣；一是在紙帶上打個洞。可是如果我們把紙帶的一頭旋轉180°再粘連上，紙帶的兩面就變成了一面，螞蟻衹要在紙帶上爬行就可以隨意地出入紙帶內外。如果宇宙是一個整體，我們衹要進入黑洞，就可以進入反物質世界。可是至今，我們還從未聽人說起曾到黑洞旅遊過。
在宇宙中唯一不受時間限製的也就衹有力。打個比方，一股十公斤的力，把他放在一個沒有其他力幹擾的地方。那時間的腳步無論走的是任何的形態，不管他是如何的變化，這股十公斤的力永遠還是十公斤。能讓這股力發生變化的也衹有力而已。
宇宙的原始狀態也就是衹有力。當他沒有變化時，就沒有時間，既是靜止的，可這是幹擾不了力的。（因為力的傳遞不受時間限製，打個比方，打臺球，把一根臺球棍做成是一萬光年長，另一根做成一米長。他們的重量弄成一樣重，把一端並齊，然後在另外一邊各放一個球。再在這一邊給他加一股推力，這時球竿的另一端就去打那個球。你可以想得到那兩個球他們之前是靜止不動的，球竿打到他們後他們就嚮前運動。這時這兩個球也就同時同步往前了。一股力傳動了一米。另一股力卻傳動了一萬光年。可他們卻是同時對另一個物體産生了影響。）衹有當他失恆後，既力發生變化後就會出現一根力軸，時間就出現了，力一變化就會是一邊大一邊小，大的那邊就會不斷的拉小的那邊的力。當他把那股小的那邊的力拉盡了後就會把他拉空，既出現了一個反嚮的空間。也就是反物質的反空間。此時宇宙中還沒有任何其他的東西能對其産生影響。最後那個反空間也就一並被拉進力大的這邊來，因為有了一個有形體，於是這邊的力就會作用於他，而他就會變成一個力的傳遞者。他就會把一邊的作用力傳到另一邊，使之變成反作用力。就這樣力越大，反作用力也越大，到了一定值後這股反作用力就會撐開一個空間。也就是我們的空間。有了這兩個空間的出現，因他們是有形的故就會對力産生影響。這樣我們的宇宙也就開始了他的進化。那個反空間也就是”子“的最原始的狀態。也就是最小的“子”。把他打開的話。。。。你可以想嚮一下。。。。沒有力的反嚮空間他是永遠也無法用物質來填滿他的。衹有反物質纔填的滿。就好比我們的空間永遠也無法用反物質來填滿一樣。 |
繼續尋找反物質的努力 Efforts continue to search for antimatter |
1998年的夏天，美國宇航局把阿爾法磁譜儀送上了太空。它的主要目標之一是尋找宇宙射綫中的反原子核。由於我國參與了這項研究，因此新聞媒體曾熱心地宣傳過它。美國著名華裔科學家丁肇中也正致力於此。
如果相信宇宙中有等量的物質和反物質，那麽在三千萬光年之外應有大範圍的反星係區存在。在那裏，原始的宇宙射綫應是由反質子和反 α 粒子組成的。那裏的部分宇宙射綫粒子會飛進我們這個由正物質構成的區域。由於星係際大部分地方很空曠，氣體的密度約衹有每立方米一個質子的質量。因此反原子核可自由地飛行很長的距離。這樣，放置在地球大氣層之外的磁譜儀就能接收到它。這就是阿爾法磁譜儀計劃的基本想法。
上面已提到，實際測到的並不衹是原始的射綫粒子，它也包含由中途碰撞産生的次級粒子。因此當我們從宇宙射綫中發現了反質子，它並不說明遠處一定有反物質天體區存在。這些反質子完全可能是次級産生的。反原子核就不一樣。它是由若幹個反核子結合而成的復合體，所以不可能是碰撞産生的次級粒子。因此，如果能從宇宙射綫中觀測到那怕衹有一個反 α 粒子，它將是有力的證據，表明遠處有反物質天體存在。阿爾法磁譜儀能同時準確地測定飛入儀器的粒子的質量和電荷。當太空中有反 α 粒子飛入磁譜儀，它是容易被分辨出來的。這正是設計者所期望的事。現在阿爾法磁譜儀升空已有一年了，它接收到的信息正在陸續送回，其結果無疑非常令人關註。
若阿爾法磁譜儀的觀測證實了遠處有巨大的反物質區存在，那它肯定是一個里程碑式的成果。它的意義遠不僅是證實了宇宙中有反物質天體，更重要的是它對物理學提出了嚴峻的挑戰。在早期宇宙中，正反粒子必是混合的。按現有的物理理論，沒有一種己知的作用力能使它們發生大範圍的分離。因此，如果觀測證實遠處確有已被分離出去的大量反物質，物理學將需要突破性的變化。
新華網消息 宇宙中果真存在神秘的反物質，它們在哪裏？記者昨天從中科院高能物理所瞭解到，為解開這個世紀之謎，中國和意大利在西藏海拔４３００米的羊八井地區，將建成世界上第一個１萬平方米“地毯”式粒子探測陣列實驗站，用以接收來自宇宙的高能射綫和反物質粒子。
據高能物理所天體宇宙實驗室研究員盧紅博士介紹，宇宙高能射綫是人類能獲得的惟一來自太陽係以外的物質樣本。長期以來，它一直是科學家探索宇宙奧秘的研究對象。自從宇宙大爆炸理論出現後，科學家又一直致力於從宇宙射綫中找到猜想中的神秘的反物質。但迄今為止，科學家們都未能找到反物質的蹤跡。
據瞭解，中國和日本科學家早在十年前已在羊八井地區設置了分散的外觀如蜂箱的粒子探測器，開展了宇宙射綫的研究。先後接收到了正電子、μ子、л介子等高能粒子。而改建新的“地毯”式探測陣列，除了面積更大，還由於它是由玻璃板一樣的方形平板組成，可以像鋪地毯一樣拼接而幾乎沒有縫隙，彌補了過去間距過大，丟失信息的缺點。
目前，容納粒子探測陳列的一萬平方米的實驗廳已於６月完工。中意兩國科學家現在正在鋪設“地毯”，鋪設和調試工作大約需要兩年時間。據悉，此項世界上海拔最高的科學工程，已得到中意兩國政府的約８０００萬元人民幣的支持 |
正反物質的不對稱疑難 Difficult antimatter asymmetry |
在多數理論傢看來，宇宙中正反物質的大尺度分離是不可能發生的。因此，三千萬光年的範圍內沒有反物質天體，已說明宇宙中大塊的反物質是不存在的。但是理論傢也相信，極早期宇宙中正反物質應當等量。這樣，需要做的事是尋找物理機理，來說明宇宙如何才能從正反物質等量的狀態過渡到正物質為主的狀態。這裏，理論傢也遇到了非常尖銳的睏難。
按照大爆炸理論，甚早期宇宙介質的溫度非常高。粒子間的熱碰撞會成對地産生任何基本粒子。當粒子的成對湮滅與成對産生達到統計平衡，宇宙介質就是一切基本粒子構成的混合氣體，且任一種穩定或不穩定的粒子都有接近相等的數密度。至於重子和反重子的數目是否嚴格相等，這不是由物理規律决定，而是由初條件决定的。
在理論傢看來，在最初的宇宙中正反粒子應當等量纔自然。但是易於看出，若這想法是對的，重子的守恆性立即會給出與事實明顯不符的推論。當宇宙的膨脹使氣體溫度降至10 ^13 K以下，由於粒子的熱動能已不夠，熱碰撞成對産生重子已不可能。於是湮滅過程將使正反重子的數目同時迅速下降。最終，宇宙中將既沒有重子，也沒有反重子。這顯然不是真實宇宙的情景。事實上，今天宇宙中光子的數目最多．重子的數目是它的十萬萬分之一左右，反重子的數目很可能還要低許多量級。如果重子數B的守恆性是嚴格的物理規律，要宇宙從正反重子等量的狀態演化成今天這樣的狀態是不可能的。然後，理論傢又不能相信在原始的宇宙中重子就會多於反重子，那麽問題的出路在哪兒？
重子數B的守恆性肯定是嚴格成立的物理規律嗎？至今難以計數的粒子實驗確實沒有發現過一個破壞重子數守恆的事例，但是這並不說明它一定是嚴格的規律。回顧一下化學的發展可作藉鑒。化學反應是元素的重新組合。經驗表明，在重組合的前後，每一種元素的原子數是守恆的，無數的化學實踐表明沒有例外。想把汞變金的煉金術的失敗，更從反面提供了證明。但是有了核反應的知識後人們已清楚知道，汞變成金完全可能，關鍵在於要有高的能量讓原子核發生變化。化學反應是在粒子能量小於1eV的條件下進行的，這條件下原子核不能相互接觸，核反應就不能發生。若過程中粒子的能量超過1MeV，原子核之間就能充分接近，那麽原子核就能變化了，原子數的守恆性也就隨之破壞了。由此看來，原子數在化學過程中的守恆不是偶然的，但是它僅是低能下的唯象規律，而不是普遍成立的自然規律。藉鑒同樣的道理，重子數的守恆性也可能僅是一定能量範圍的唯象規律，而不是普遍成立的。當粒子的能量更高，重子數的守恆性完全可能會不成立，這正是今天的理論傢看到的出路。
從70年代中期起，粒子物理中由弱電統一理論的成功，掀起了研究相互作用大統一的潮流。按這樣的理論，高能下發生破壞重子數守恆的過程是自然的事，粒子物理中的這一潮流與宇宙學解决正反物質不對稱疑難的需要不謀而合了。於是這疑難問題作為粒子物理和宇宙學的交叉領域而得到了很多進展。人們已清楚，要從正反物質等量的早期宇宙演化出今天正物質為主的狀態，除了重子數守恆須可能被破壞外，正反粒子的相互作用性質還必須有適量的差別。由於超高能下的粒子物理規律至今還沒有被掌握，因此實際上自然界是否確實具備這兩個要素，尚不能回答，人們正在試探和摸索之中，如果今天的宇宙中衹有正物質天體是事實，問題是否能按這思路得到解决也還並不完全肯定。
總之，為徹底揭開宇宙反物質之謎，前面還有漫長路要走。人們已能預料，這問題的解决不僅對認識宇宙是重要的，它對物理學的影響也將是很深刻的。
下面是小說《天使與魔鬼》（丹·布朗著）中提到的一些：
反物質是人類目前所知的威力最大的能量源。它能百分之百的效率釋放能量（核裂變的幾率是百分之一點五）。反物質不造成污染，也不産生輻射，一小滴反物質就可以維持整個紐約城全天的動能。
先別過於樂觀，個中可隱藏着危機……
反物質極不穩定，它可以把接觸到的任何東西化為灰燼……連空氣也概莫能外。僅僅一剋反物質就相當於4000多萬噸當量的核炸彈的能量——比當年扔在廣島的那顆原子彈要強2000多倍。
當物質與反物質接觸，原子最外層的電子因為所帶電荷相反而抵消，原子核中的質子也因同樣的原因相互抵消，而反中子因磁性與中子相反而與中子進行強烈的碰撞發出驚人的能量。愛因斯坦曾計算過這種完整的能量釋放比率,跟這種完全的能量釋放相比，核裂變就像劃燃一根安全火柴一樣微不足道。 |
神秘的未知現象,反物質? Mysterious unknown phenomena, and anti-matter? |
一些科學發現，常常使人們目瞪口呆，難以置信。而正是這些難以置信的發現，推動了人們對客觀世界的認識和科學的進步。反物質的發現就是這樣。
1932年，美國科學家安德森發現了一種特殊的粒子，它的質量和帶電量同電子一樣，衹是它帶的是正電，而電子帶的是負電。因此，人們稱它為正電子。
正電子是電子的反粒子。
正電子的發現引起了科學界的震驚和轟動。它是偶然的還是具有普遍性?如果具有普遍性，那麽其它粒子是不是都具有反粒子?於是，科學家們在探索微觀世界的研究中又增加了一個尋找的目標。
1955年，在美國的實驗室中反質子被找到了。後來，又發現了反中子。60年代，基本粒子中的反粒子差不多全被人們找到了。一個反物質的世界漸漸被科學家像考古般地"挖掘"了出來。
反物質的發現，使人們自然地聯想起了本世紀的許多不解之謎。
最著名的是被稱為"世紀巨謎"的通古斯大爆炸。1908年6月30日凌晨，俄國西伯利亞通古斯地區的泰加森林裏，突然發生了一場劇烈的大爆炸。隨着一道白光閃過和一聲天崩地裂般的巨響，一片沉睡的原始森林頃刻化為灰燼。大火吞沒了數百公裏之內的城鎮和生命，融化了冰層和凍土，引起山洪爆發、江河泛濫，仿佛"世界末日"到了。據估計，這次爆炸的威力相當於上百顆氫彈一齊爆炸!
通古斯爆炸震驚了全世界，"通古斯"也一夜之間名揚全球。由於西伯利亞的嚴寒和交通不便，直到1921年纔由前蘇聯的一個研究小組第一次前去考察。以後世界上其他國傢相繼派團考察，但至今通古斯大爆炸之謎依然衆說紛紜，莫衷一是。其中一種說法便認為是反物質引起的"湮滅"現象。因為這種能級的爆炸除非是流星或隕石墜落，否則無法解釋，而那裏卻沒有任何隕石碎塊。
1979年9月22日，美國的一顆衛星拍攝了發生在西非沿海一帶的酷似強烈爆炸的照片，經分析，它的強度相當於一次核爆炸。當時，衹有美、蘇、英等少數幾個國傢擁有核武器，誰會到如此遙遠的地方進行核試驗呢?美國政府幾經調查，否定了核爆炸的可能性，認為是衛星和隕石撞擊使儀器發錯了信號，但第二年，這顆衛星又在同一海域記錄到了與上次相同的現象，令政界和科學界大惑不解。對堅持通古斯大爆炸是反物質"湮滅"現象的科學家來說，又多了一個論據。
1984年4月29日晚10時許，日本一架班機飛抵美國阿拉斯加時，副機長突然發現飛機的前方有一團巨大的"蘑菇雲"，而且急速嚮四周擴散，天空一片灰藍……與此同時，荷蘭的一架班機和這條航綫上的其他兩架飛機也見到了這種現象。降落後，獲悉消息的美國當局立即對這四架飛機及機上人員進行放射性污染測試，結果，沒有發現任何放射性污染的痕跡。目擊者十分肯定地說這是核爆炸産生的煙霧，因而留下了又一個本世紀的"爆炸之謎"。
反物質的研究者認為，宇宙中存在着我們看不見摸不着的"反物質世界"，它的基本屬性同我們周圍的世界正好相反。反物質的原子核是由反質子和反中子構成的"負核"，外有正電子環繞。反物質一旦同我們世界的"正物質"接觸，便會在瞬間發生爆炸，物質和反物質變為光子或介子，釋放巨大能量，産生"湮滅"現象。
"反物質說"雖然衹是科學上的一種假說，還有待證實，但反粒子等"負性物質"是確實存在的，而且現在又發現了反氘、反氫、反氦等等一係列反物質。相信隨着科學技術的不斷發展和科學研究的不斷深入，人們對反物質作用的認識一定會越來越深刻，反物質世界必將為人類做出應做的貢獻。
反物質介紹
世界上最大的科研機構，瑞士的歐洲原子核研究中心新近首次研究成功製造出幾滴反物質。反物質與普通物質並並無二緻，所不同的是，組成反物質的粒子與組成人們所熟知的一般物質電荷相反。
反物質是人類目前所知道的威力最大的能量源。它能以百分之百的效率釋放能量。二核裂變的效率是百分之一點五核聚變也不過7％。而且同時還會造成大量污染。但是反物質不造成核污染，一小滴反物質就可以供應整個紐約城全天的動能。
先別過於樂觀，其中可能隱藏着危機……
反物質極不穩定，它可以把接觸到的任何東西都化為灰燼，連空氣也概莫能外。僅僅一剋反物質就相當於4000多萬噸當量的核炸彈的能量——比當年扔在廣島的那顆原子彈要強2000多倍。
反物質直到最近生産量也衹是微乎其微，每次衹不過幾滴。然而，“歐核中心”目前正在開發一種新型的反物子減速器，這是一種先進的反物質生産設備，這種設備有望大幅度提高反物質的生産能力。
一個嚴峻的問題擺在人們面前：這種極易爆炸的反物質是能為人類造福，還是會被用於製造有史以來毀滅性最強的武器？ |
美國宣稱已經擁有反物質保存方法 U.S. claims to have a preservation method of antimatter |
人民網2008年11月17日報道：今年九月，美國格林空軍基地“革命性彈藥”研發小組的負責人肯尼斯·愛德華茲，突然現身美國五角大樓，嚮美軍高官匯報他的最新研究成果。肯尼斯·愛德華茲說： “我們在反物質武器的研究上已獲得重大突破——我們成功研發了一種能長期有效儲存反物質的容器，這意味着反物質的軍事用途即將成為現實！”
反物質是英國科學家狄拉剋（Paul Adrie Maurice Dirac）於1928年根據
相對論： W2/C2-PR2-m2C2=0
和量子力學理論： [W2/C2-PR2-m2C2] Ψ=0
推測出來的，1933年12月12日，他因此獲得諾貝爾物理學奬金。狄拉剋註意到，在相對論方程和量子電動力學的方程中，質量都是成平方出現的，那就是說 m2=(m)(m)=(-m)(-m)，那麽這個負質量是什麽意思呢？於是反物質就被狄拉剋這樣輕鬆地從理論上推導出來了。由此看來，諾貝爾奬有時候就是如此簡單，衹是我們都視而不見或膽量不夠，因為狄拉剋為此也曾一度被衆多科學家們譏諷為瘋子。
現在，組成物質的12種基本粒子的全部反粒子都已經被科學家在加速器中找到。美國實驗物理學家丁肇中領導的阿爾法磁譜儀----AMS被送到太空，就是為了尋找太空中的反物質以及由反物質組成的宇宙。因為反物質和物質相遇就會湮滅，所以反物質無法在自然界找到，必須要到太空深處去尋找。位於法國和瑞士邊界，耗資80億美元，由2000多名物理學家花費14年時間建造的大型強子對撞機---（LHC），已經在2008年9月10日首次運行，用來探索反物質和宇宙大爆炸開始後萬億分之一秒內宇宙中物質的組成。
根據宇宙大爆炸理論，爆炸形成的物質和反物質應該是對稱的，可是我們的宇宙中物質和反物質卻是不對稱的。否則它們相互湮滅，也就不會有你我以及這宇宙和宇宙中的一切了。那麽與我們的宇宙物質對稱的反物質哪兒去了呢？1977年科學家們發現在銀河係中心附近有一個可能的反物質源。如果那個地方真的存在，就意味着存在天然的反物質，也意味着人類直接從天然得到反物質的可能性，同時物質與反物質之間的萬有斥力，也可以幫助我們解釋為什麽我們的宇宙在加速膨脹。1979年，美國科學家把一個有60層樓高的巨大氣球放到離地面35公裏的高空，氣球上載有一批十分靈敏的探測儀器，結果，它在高空獵取了28個反質子。這是在地球以外第一次發現的反物質。
物質和反物質在湮滅時會産生巨大的能量，並且不會像核彈那樣産生放射綫污染，所以被認為是一種最理想的清潔能源。但是科學往往都是一把雙刃劍，可以造福人類，當然也可以給人類帶來巨大的災難。由幾剋反物質製造的炸彈就能毀滅地球，1剋反物質産生的能量，就足以為23架航天飛機提供動力。
反物質的應用，可以從根本上改變能源供應的模式，將會是一場能源革命。但是由於目前是由加速器産生的高能粒子打擊固定靶産生反粒子，再經減速合成的，此過程所需要的能量遠大於湮滅作用所放出的能量，且生成反物質的速率極低，生産一千億分之一剋的反物質，需要耗資近60億美元，因此尚不具有經濟和應用價值。 |
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fanwuzhi
反物質
anti-matter
一切反粒子及其集合的總稱。反粒子是相對於“正”粒子而言的。按照量子場論，反粒子和它所對應的正粒子都是同一場的激發，它們之間以確定的方式相聯繫。粒子和與它對應的反粒子有某些物理量完全相同（如質量、自旋等），有些物理量大小相等但符號相反（如電荷、磁矩、奇異數等）。對於某些粒子來說，用於區分正反粒子的所有物理量為零，這些粒子的反粒子就是它們自身，這種粒子被稱為真中性粒子。例如，正電子是電子的反粒子（正電子帶正電，電子帶負電），反質子是質子的反粒子（質子帶正電，反質子帶負電），光子則是一種真中性粒子。正粒子和與它對應的反粒子相碰可以轉變成光子或介子，這個過程稱為正反粒子對湮沒，其反過程也存在。例如,正、負電子可以湮沒成光子,光子在一定條件下也可變成正、負電子對。
20世紀60年代以來，關於強子結構的誇剋模型獲得重要進展。按照誇剋模型,強子由誇剋和反誇剋組成,例如重子由 3個誇剋組成，介子由正、反誇剋組成。另一方面，現代宇宙學中有一種假說，運用反物質和正物質對稱的觀點研究宇宙的起源和結構，推測可能存在大量反粒子集中的反物質區域，認為反物質和由正粒子組成的物質體係相碰，也會發生湮沒，並認為這種湮沒及其反過程在宇宙的演化中起着重要作用。
反物質的發現和有關物質的物理學說的發展，說明了物質形態的多樣性和統一性。但自然科學中所說的反物質是關於物質形態和結構的概念，不是同哲學的物質範疇相對立的概念。
（柳樹滋）
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