反粒子的研究发现:可能存在反粒子构成的反世界和反人!接触湮灭

人类从发现正电子以后,陆续发现了反中子,反质子。直到现在我们知道可能会存在一个由反粒子构成的世界!

正电子的发现—狄拉克获诺贝尔奖

著名类国物理学家、量子力学的创始人之一保罗狄拉克在1928年提出广相对论性电子理论在这个理论中他把相对论、量子和自旋这些在此前看来似乎无关的概念和谐地结合起来,并得出一个重要结论:电子可以有负能值。从此以后,人们才对电子和其他自旋1/2的粒子(粒子自旋看前面的文章)有了相当的理解。

反粒子的研究发现:可能存在反粒子构成的反世界和反人!接触湮灭

狄拉克后来被选为剑桥的卢卡斯数学教授(牛顿曾经担任这一教授位置,霍金也曾担任此一职务)霍金对狄拉克理论的评价非常高,他认为这是第一种既和量子力学又和狭义相对论相一致的理论,它在数学上解释了为何电子具有1/2的自旋,也即为什么将其转一整圈不能而转两整圈才能使它显得和原先一样,这个理论同时预言了电子必须有它的配偶反电子或正电子。而后来1932年正电子的发现证实了狄拉克的理论他因此获得了1933年的诺贝尔物理学奖。

反粒子的发现

在原子核以下层次的物质的单独形态以及轻子和光子,统称粒子。在历史上,有些粒子曾被称为基本粒子。所有的粒子,都有与其质量,寿命、自旋、同位旋相同但电荷、重子数、轻子数、奇异数等量子数异号的粒子也存在,我们将之称为该种粒子的反粒子,除了某些中性玻色子外,粒子与反粒子是两种不同的粒子。如果所有的粒子都有相应的反粒子,那么我们首先要检验的是质子和中子是否存在反粒子。

反粒子的研究发现:可能存在反粒子构成的反世界和反人!接触湮灭

1956年美国物理学家张伯伦等在加速器的实验中,终于发现了反质子,即质量和质子相同,自旋量子数也是1/2,但带一个单位负电荷的粒子。接着又发现了反中子随着进一步的研究,科学家发现其实各种粒子都有相应的反粒子存在,这个规律被证明是普遍的。有些粒子的反粒子就是它自己,这种粒子称为纯中性粒子比如光子就是一种纯中性粒子,光子的反粒子就是光子自己。

由反粒子构成的反物质和正物质会发生湮灭

在如今的粒子物理学中,已不再采用狄拉克的空穴理论来认识正反粒子之间的关系,而是从正反粒子完全对称的场论观点来认识。迄今,已经发现了几乎所有相对于强作用来说比较稳定的粒子的反粒子。如果反粒子按照通常粒子那样结合起来就形成了反原子。由反原子构成的物质就是反物质。

  • 人类首次制造出少量反物质

欧洲核子研究中心的科学家们在欧洲当地时间2010年11月17日表示,通过大型强子对撞机,已经俘获了少量的“反物质”,尽管只是少量的反氢原子而已,但已被科学界视为人类研究反物质过程中的一次重大突破。

反粒子的研究发现:可能存在反粒子构成的反世界和反人!接触湮灭

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。这一次的实验亮点就在于这些反氢原子存在了大约0.17秒。尽管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。

而在2011年6月5日,欧洲核子研究中心的科研人员在英国《自然·物理》杂志上报告称,他们成功地将反氢原子“抓住”长达1000秒的时间,也就是超过16分钟。科学家在论文中说,他们在这一轮研究中,先后用磁场陷阴抓住了112个反氢原子,时间从1/5秒到1000秒不等。根据分析显示,这次抓住的反氢原子大多数处于基态,也就是能量最低、最稳定的状态。这有可能是人类迄今首次制造出的基态反物质原子,如果能让反物质原子在基态存在1030分钟,就可以满足大多数实验的需要。

反粒子的研究发现:可能存在反粒子构成的反世界和反人!接触湮灭

结束语:现在我们知道,任何粒子都有会和它相湮灭的反粒子(对于携带力的粒子,反粒子即为其自身),也可能存在由反粒子构成的整个反世界和反人。然而,如果你遇到了反你,注意不要握手!否则,你们两人都会在一个巨大的闪光中消失殆尽。

为何我们周围的粒子比反粒子多得多?这是一个极端重要的问题,欢迎大家留言!


分享到:


相關文章: