03.01 反物质研究到底进展到哪一步了?

创意论天下


接触到物理容器便会湮灭的反物质将如何运送?

反物质难以存储和进行研究是出了名的,因为一旦反物质与正常物质发生接触,就会在能量爆炸中消失。欧洲核子研究中心(CERN)的实验室是世界上唯一可以轻松制备反物质的地方,但要把反物质交到希望对它们进行研究的科学家手上,那就是另一回事了。毕竟,这样一种只要接触到物理容器便会湮灭的东西要如何运送呢?

现在,欧洲核子研究中心的科学家正打算捕获反物质,并通过货车把它们从一处设施运送到另一处设施。

欧洲核子研究中心的科学家正准备把反物质运送到新的位置,把这种奇怪的物质用于新的实验

基本上,反物质可以说是正常物质的“邪恶”孪生兄弟。反物质粒子几乎在各个方面都跟对应的正常粒子一模一样,只不过它们携带的电荷跟正常粒子是相反的,这导致两者发生接触时会同归于尽。要在自然世界中找到反物质,我们可能要把目光投向中子星以及来自黑洞的等离子体射流;另外,地球大气层中的闪电现象似乎也会产生反物质。

研究反物质可以帮助我们解开宇宙中一些最深奥的奥秘,但毫无疑问,宇宙不会轻易向我们揭示答案。正电子(也叫反电子)是科学家最先在实验中观测到的反物质粒子,时间可追溯至上世纪30年代。跟正常物质一样,这些反物质粒子会聚集在一起形成反物质原子。

1995年,欧洲核子研究中心的科学家第一次生成了反氢原子。但直到2010年,科学家才成功将它们捕获,并进行了适当的研究——虽然整个过程远远不到一秒钟。2011年,科学家成功捕获反氢原子长达16分钟,这让他们最终测量了这种反物质原子的光谱,并跟氢原子进行了对比。

如今,欧洲核子研究中心已经可以在粒子减速器中轻松制备反质子,并放慢它们的速度,以便用专门设计的装置捕获它们。但要真正充分利用它们,现在是时候让不稳定的反物质离开“巢穴”并将其送到其他研究领域的科学家手上了。

欧洲核子研究中心的“反质子不稳定物质湮灭”(PUMA)项目的目标是:为首次把反物质运送到另一处研究设施做好准备。计划中的第一个目的地距离并不遥远——只有几百米——但即使这样短的路程也需要长达数年的研究和开发。

这张图表展示了PUMA团队的反质子捕获装置以及ISOLDE团队将如何研究它们

PUMA团队正在设计一种新的捕获装置,它可以把反质子锁在一个“瓶子”中,并利用强大的磁场和电场使它们悬浮于中心位置。这些反质子将被存储在类似于星系空间的真空中,其温度略高于绝对零度。在理想情况下,捕获装置将能同时存储10亿个反质子(这个数量要比现有技术多出100多倍),并保存数周之久。

然后,科学家将把捕获装置装载到一辆货车上,并驶往附近一个属于ISOLDE项目团队的研究设施——该团队计划利用反物质跟罕见的放射性同位素进行实验,以期最终理解中子星。

“用一辆货车运送反物质,这简直是科幻小说里的情节,”该项目团队的理论核物理学家查尔斯·霍洛维茨(Charles Horowitz)说,“这是一个了不起的想法。”

不过,反物质不会很快就上路。项目团队表示,开发和测试将需要4年左右的时间。如果他们最终按计划完成了运送,这项技术将能把反物质送到更远的地方,让世界各地的其他科学家也能用上这一宝贵的研究工具。

“一旦他们展示可以存储10亿个反质子,并保存数周时间,那么更多的实验就会开展,拥有新想法的人就会前来,”欧洲核子研究中心的反物质物理学家克洛伊·马尔布鲁诺特( Chloé Malbrunot)说,“我认为这将真正打开这个领域。”

翻译:何无鱼

校对:其奇

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反物质的科学研究没有实质性突破,目前来看,形而上回答这个问题还是可以的,正所谓一阴一阳之谓道,此消彼长不停对立转化中,如果有一天反物质能浮出水面,那现在的核电就不会再为处理核废料而发愁了。


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