欧洲科学家首次俘获反物质原子

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欧洲科学家首次俘获反物质原子

2010年11月17日,英国《自然》杂志网站发布报告,欧洲核子研究中心(CERN)的科学家成功制造出多个反氢原子,并利用磁场使其存在了“较长时间”。这是科学家首次成功“抓住”反物质原子。因为反物质是正常物质的反状态,极不稳定而几乎不存在于自然界。2002年,研究人员曾在实验室里制成反物质,但这些反物质一接触容器壁便瞬息湮灭。抓不住,便无从加以深入研究。

按照物理学家假想,宇宙诞生之初曾经产生等量的物质与反物质,而两者一旦接触便会相互湮灭抵消,发生爆炸并产生巨大能量。但现实情况是,我们的世界由正物质组成反物质似乎莫名消失了,至少到现在仍然无法直接观测到它的存在。从理论上说,不到500克反物质的破坏力超过世界上最大氢弹的威力。反物质就像是“宇宙的镜子”。解开反物质之谜,可以更好地理解宇宙的诞生和演化。

美国科幻片《星际迷航》里,宇航员把反物质用作星际飞船燃料。而在美国作家丹·布朗畅销小说《达·芬奇密码》的姊妹篇《天使与魔鬼》中,犯罪集团企图从欧洲核子研究中心盗取反物质,用以炸毁整座梵蒂冈城。如果“反物质”真为人类所获取利用,那那些在科幻电影中才出现的“极速飞行”和“毁灭性灾难”将可能成为现实。

  

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  1. 新华网:当“抓住”反物质成为可能——高能物理研究获重大进展
  2. 新浪网:欧洲科学家俘获反物质原子达0.17秒(图)
  3. 网易:反物质,抓住了!(图)

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存在时间是关键

实际上,早在1995年,欧洲核子研究中心就首次制造出了9个反氢原子。但反氢原子只要与周围环境中的正氢原子相遇就会湮灭,因此实验室中造出来的反氢原子稍纵即逝,科学家们根本无从研究它的真面目。2002年,欧洲核子研究中心的实验进一步表明,反氢原子可以大量制造,但如何让它们存在时间长一点仍是难题。

因此,这次实验成果的突破就在于,人工制造的38个反氢原子存在了大约0.17秒。这个时间在普通人看来也许非常短,但对科学家来说,已比先前有了实质性的延长,足够他们进行较为深入的观察和研究。

利用磁场作“陷阱”

欧洲核子研究中心介绍说,这次之所以能够将反氢原子捕获长达0.17秒,要归功于一种特殊的磁场。 在实验室中,反氢原子是在真空环境里制造出来的,正常情况下瞬间就会与正物质发生湮灭并消失。而这个强大而复杂的磁场会像陷阱一样“拖延时间”,使反氢原子与正物质的接触稍作延缓。

实验显示,利用这种磁场,可以将“牵制”反氢原子的时间延长到十分之一秒的量级,这对于观察研究反氢原子来说已经“足够长”。

最终,欧洲核子研究中心在制造出的数以千计的反氢原子中,成功地使其中的38个存在了大约0.17秒。

科学家称,研究反物质,之所以选择氢原子入手,是因为氢原子只包含一个质子和一个电子,是最简单的原子,因此被看做是物理学领域最佳的研究对象。

反物质研究的重要一步

尽管这只是在实验室中制造并短暂捕捉到反物质原子,但科学界仍然欢欣鼓舞,认为这是物理学领域的一次突破,距离反物质的“真相”又“近了一步”。

刊登这一研究成果的英国《自然》杂志称,成功“捕捉”反氢原子后,通过比较反物质和正物质,科学家们就可以测试粒子物理学“标准模型”中最核心的基本对称理论。欧洲核子研究中心主任罗尔夫·霍伊尔在17日发布的一份新闻公报中说,“这是反物质研究领域的重要的一步。”

用作武器 爆炸威力远超核弹 用作燃料 6个星期可飞到火星

反物质是目前科学领域最大的谜团之一。正物质的原子由带正电的质子和带负电的电子以及中性的中子组成。与此相反,由带负电的质子和带正电的电子组成的就是反物质。正物质和反物质相遇后会湮灭,并产生巨大能量。

欧洲核子研究中心称,反物质就像是“宇宙的镜子”。按照现行理论,宇宙大爆炸之初,产生了等量的正物质和反物质。但现实情况是,我们的世界由正物质组成——反物质似乎莫名消失了,至少到现在仍然无法直接观测到它的存在。 科学家解释,当1克物质和1克它的反物质相撞湮灭时,能放出巨大的能量,科学家按照爱因斯坦提出的质能关系式(E=mc2 )进行计算,物质和反物质湮灭时所释放的能量是核裂变能的1000倍。因此,科学家称,反物质运用在军事领域,将是远超过核弹的“末日武器”,只需几克就能摧毁地球。

此外,在不少科幻小说中,主人公能在较远的宇宙中旅行,就是因为飞船运用了反物质燃料。举个最简单的例子,如果想把人类送上火星,那需要千万吨以上的化学原料,而如果是以反物质为燃料的话,仅需要几十毫克,同时时间也大为缩短,只需要6周的时间就可以到达。

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