锐客网

  1. 首页 > 睿知 > >

美国反物质 什么是反物质

生活知识睿知

反物质是科幻小说的素材，在书籍和电影中被描绘成天使或恶魔 。星际迷航企业使用物质-反物质湮灭推进 ， 使星际旅行速度超过光速 。那么你知道什么是反物质吗？是一种与我们现有物质性质相反的物质吗？宇宙中真的存在反物质吗？
科学家给出的解释是 ， 反物质和物质是对立的，是两个不同的概念 。在我们的世界里，物质构成世界，原子构成物质，原子核位于原子的中心 。原子核由质子和中子组成，带负电荷的电子围绕原子核旋转 。原子核中的质子带正电，电子和质子带等量的电，但一个带正电，一个带负电 。质子的质量是电子的1840倍，它们在质量上形成强烈的不对称性 。
这一现象引起了科学家们的关注 。所以在20世纪初，有科学家认为两者差别很大，应该存在另一种电量相等但符号相反的粒子 。就像我们实际拥有的:一个质量相等但带负电荷的粒子和另一个质量相等但带正电荷的粒子 。这是对“反物质”概念的原始看法 。
这个想法是由年轻的英国物理学家狄拉克提出的 。根据狭义相对论和量子力学原理，他在1928年提出了这样一个观点:在自然界中 ， 存在着带负电的电子，同时也存在着一种与电子能量和电荷相同的正电子 。这种电子可以称为电子的“反粒子” 。狄拉克认为，物质和反物质一旦相遇 ， 就会相互吸引 ， 发生碰撞，“湮灭”，各自的质量消失 ， 释放出大量的能量，这些能量以伽马射线的形式出现 。这就是为什么我们周围的物质世界不可能存在天然反物质 。狄拉克的想法震惊了科学界 。科学家们认为这非常合理 ， 于是他们尽力寻找并制造反物质 。
1932年，美国物理学家安德森研究了一条来自遥远空间的宇宙射线空 。在研究过程中 ， 他意外地发现了一种质量和电量与电子完全相同的粒子 。唯一不同的是，当它在磁场中弯曲时，它的方向与电子的方向相反，这意味着它是一个正电子 。这一发现证明了狄拉克的想法，极大地激发了人们的研究热情，他们都投身于寻找反物质粒子 。1955年，在美国伯克利 ， 张伯伦和西格雷两位科学家利用高能质子同步加速器发现了反质子 。格雷等人在1957年再次观测到反中子 。1978年8月，一些欧洲物理学家成功分离了300个反质子，历时85小时，并成功储存 。1979年，美国新墨西哥州立大学的科学家进行了一项实验 。实验中，在空的高度放置了一个60层楼高的巨大氦气球 。气球在距离地面35公里的高空飞行了8个小时 ， 捕获了28个反质子 。关于反质子的发现层出不穷 ， 这些发现引起了人们的兴趣 。反中子和中子一样不带电 ， 但磁性不同 。中子是磁性的，不断旋转，反中子也不断旋转，但它们的旋转方向与中子刚好相反 。沿着这条线索 ， 物理学家不断寻找，发现了一大群新奇的粒子 。
到目前为止，已经发现了300多种基本粒子，它们都是成对存在的，也就是说，反粒子可能存在于任何粒子中 。这样，反质子、反中子、正电子都是由反物质原子人为构成的想法，在理论上就成立了 。在实践中 ， 人们使用粒子加速器人工制造了一个由反质子和反中子组成的反氘 。这种反氘是第一种反核 ， 由美国布鲁克海文实验室研制成功 。由两个反质子和一个反中子组成的反氦-3核是第二种反核 。在苏联的赛普霍夫加速器上获得了五个反氦-3原子核 。反原子是通过正电子与这些反核结合而得到的 。1996年1月，欧洲核子研究中心宣布，德国物理学家奥列特已经合成了第一种人造反原子，即11个反氢原子 。因为这项科研成果意义重大 ， 欧洲核子研究中心专门召开会议庆祝反原子的人工合成 。物理学家预测，技术的进一步改进将使大规模生产反物质原子成为可能 。
物理学家一直在寻找反物质，希望能在宇宙中找到 。物质诞生的图解能否直接观测到太阳系外宇宙中的反物质？是的，但是目前只有一个方法，那就是研究宇宙射线 。在地面实验室很难探测到宇宙射线中的反物质 ， 因为地球上有浓密的大气层空 。宇宙射线在穿过大气层时，会与大气碰撞产生二次粒子，二次粒子又会与大气粒子碰撞产生更多的二次粒子 。导致地面上无法探测到原始宇宙射线，因此无法确定宇宙射线中是否存在反物质 。为此，人们想尽办法把探测器送到大气层的最高层，一直希望把探测器送到Tai 空 。
现在随着空间技术的发展 ， 在Tai 空中寻找反物质的愿望终于可以实现了 。1998年6月3日6时10分，美国发现号航天飞机携带阿尔法磁谱仪，从肯尼迪航天中心发射L 空 。发现号航天飞机的成功发射标志着探索宇宙反物质的重大科学实验的开始 。值得一提的是，阿尔法磁谱仪主要由中国科学家研制 。阿尔法磁谱仪的英文名是Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) 。它主要由两层闪烁体、永磁体、贴在永磁体内壁的反符合计数器、内层的六层硅微带探测器、切伦科夫探测器等探测器组成 。由铷、铁和硼制成的永磁体是其主要结构 ， 其重量约为2千克 。高1米，直径1.2米，长0.8米，为空芯筒，其中磁场强度为1400高斯 ， 可在Tai 空中长时间稳定工作 。AMS可以根据粒子电荷、粒子速度、轨迹和质量等信息来推断粒子是正的还是负的 。按照预定计划，2001年2月，阿尔法磁谱仪装载到阿尔法国际空站 ， 探测反物质空三年 。

推荐阅读


上一篇：垄怎么读 垄的读法

下一篇：日本海淘运费一般多少 笨鸟转运