人類首次捕獲到反物質 恐成末日世界的武器

反物質，是反粒子概念的延伸，反物質是由反粒子構成的，如同普通物質是由普通粒子所構成的。例如一顆反質子和一顆反電子（正電子）能形成一個反氫原子，如同電子和質子形成一般物質的氫原子。此外，物質與反物質的結合，會如同粒子與反粒子結合一般，導致兩者湮滅，且因而釋放出高能光子或是其他能量較低的正反粒子對。正反物質湮滅所造成的粒子，賦予的動能等同於原始正反物質對的動能，加上原物質靜止質量與生成粒子靜質量的差，後者通常佔大部分。2010年11月17日，歐洲核子研究中心（CERN）科學家，在最新實驗中首次成功捕獲反物質。反物質概述

反物質就是由反粒子組成的物質。所有的粒子都有反粒子，這些反粒子的特點是其質量、壽命、自旋、同位旋與相應的粒子相同，但電荷、重子數、輕子數、奇異數等量子數與之相反。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，會怎麼樣呢？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」。科學家想像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。例如，氫原子由一個帶負電的電子和一個帶正電的質子構成，反氫原子則與它正好相反，由一個帶正電的正電子和一個帶負電的反質子構成。物質和反物質相遇後會湮滅，釋放出大量能量。反物質無法在自然界找到，除非是在稍縱即逝的少量存在（例如因放射衰變或宇宙射線等現象）。這是由於反物質若非存在於像物理實驗室的人工環境下，則無可避免地隨即與自然界的物質發生碰觸並湮滅。反粒子和一些穩定的反物質（例如反氫）可以人工製造出極少量，但卻不足以達到可對這些物質驗證其理論性的程度。在科學與科幻領域，都有很大的疑問關於為何所見的宇宙很明顯地幾乎充滿了物質、是否有其他地方几乎充滿了反物質，以及是否能夠駕馭反物質，但在現今可見的宇宙範圍中，明顯的正反物質不對稱性成了物理之謎中的最大難題之一。許多可能的物理過程都是在探究重子時所發現。反物質的歷史反物質概念是英國物理學家保羅·狄拉克最早提出的。他在20世紀30年代預言，每一種離子鍍應該有一個與之相對的反粒子，例如反電子，其質量與電子完全相同，而攜帶的電荷正好相反。1927年12月，英國物理學家保羅·狄拉克提出了電子的相對論方程式，即狄拉克方程。有趣的是，等式中發現除了一般正能量之外的負能量結果。這顯示出一個問題，當電子趨向於朝著最低可能的能階躍遷時；負無限大的能量是毫無意義的。但為了要彌補這條件，狄拉克提出真空狀態中是充滿了負能量電子的「海」，稱作狄拉克之海。任何真實的電子因此會填補這些海中具有正能量的部分。衍伸這個想法，狄拉克發現海中的這些「洞」則具有正電荷。起初他認為這是質子，但Hermann Weyl指出這些洞應該是具有和電子相同的質量。1932年美國物理學家卡爾·安德森在實驗中證實了正電子的存在。在此期間，反物質有時也常被稱作「反地物質」。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。反物質和物質一旦相遇，就相互吸引、碰撞而100%轉化為光並釋放出的巨大的能量，這個過程叫做湮滅。湮滅過程會釋放出正、反物質中蘊涵的所有靜質量能，根據愛因斯坦著名的質能關係式──E=mc?，一種在科學界受到普遍認同的理論認為，宇宙大爆炸早期曾產生了數量相當的物質和反物質，隨後發生的物質和反物質的湮滅消耗掉了絕大部分的正、反物質，遺留下的少部分正物質構成了現如今的物質世界。理論上宇宙大爆炸時所產生的粒子與反粒子應該數量相同，但是為什麼現今所遺留下來的絕大多數都是正粒子，這即所謂的「正反物質對稱性破壞」（對稱破缺），雖然在幾個粒子對撞試驗中，都發現了正粒子與反粒子的衰變略有不同，及所謂的電荷宇稱不守恆（CP破壞），但在數量上仍不足以解釋為何現今反物質消失的問題，這在粒子物理學上仍是一大未解決的問題。儘管在人們已經在實驗室中製造出了為數眾多的反原子，然而目前在自然界中尚沒有發現反物質。一種觀點認為即使自然界中存在反物質，它也很快會和正物質發生湮滅。反物質-爆發能量

科學家認為，製造出大量反氫原子，有助於驗證CPT守恆假設的正確性和宇宙標準模型的普適性。如果發現反氫原子與氫原子在物理規律上並不完全對等，將給物理學和宇宙學的一些基礎問題帶來非常重要的新啟發。例如宇宙大爆炸理論認為，宇宙誕生時，從虛無中產生了相等數量的物質和反物質。但人們觀察到的宇宙中，物質顯然占絕對的主導地位。對反氫原子的研究，可能有助於解開這個疑點。反物質是正常物質的反狀態。當正反物質相遇時，雙方就會相互湮滅抵消，發生巨大爆炸，併產生巨大能量。能量釋放率要遠高於氫彈爆炸。日美研究小組曾在加拿大用氣球進行觀測，捕捉反物質天體釋放出的反粒子，尋找反物質天體如反星系存在的證據。該地區受地球磁場和大氣影響很小，但為了不讓氣球飛跑，必須當天回收。而在南極上空，氣球可持續飛行兩周，觀測數據能大幅度增加。目前，人們發現和製造的反物質粒子雖然不多，但正電子作為反物質的一種形式美已經有了許多實際用途，例如，正電子發射X射線層析照相術（PET），醫生利用它對人體進行掃描，不僅能得出病人軟組織的詳細圖像，而且能夠觀察人們體內的化學過程以及在進行認識活動時大腦各部分消耗「燃料」的速度。反物質-捕捉成功

英國《自然》雜誌網站2010年17日發布報告，歐洲核子研究中心（CERN）的科學家成功製造出多個反氫原子，並利用磁場使其存在了「較長時間」。這是科學家首次成功「抓住」反物質原子。存在時間是關鍵早在1995年，歐洲核子研究中心就首次製造出了9個反氫原子。但反氫原子只要與周圍環境中的正氫原子相遇就會湮滅，因此實驗室中造出來的反氫原子稍縱即逝，科學家們根本無從研究它的真面目。2002年，歐洲核子研究中心的實驗進一步表明，反氫原子可以大量製造，但如何讓它們存在時間長一點仍是難題。因此，這次實驗成果的突破就在於，人工製造的38個反氫原子存在了大約0．17秒。這個時間在普通人看來也許仍然非常短，但對於科學家來說，已經比先前有了實質性的延長，足夠他們進行較為深入的觀察和研究。利用磁場作「陷阱」歐洲核子研究中心介紹說，這次之所以能夠將反氫原子捕獲長達0．17秒，要歸功於一種特殊的磁場。在實驗室中，反氫原子是在真空環境里製造出來的，正常情況下瞬間就會與正物質發生湮滅並消失。而這個強大而複雜的磁場會像陷阱一樣「拖延時間」，使反氫原子與正物質的接觸稍作延緩。談及這種看不見、摸不著的捕捉方式，丹麥奧胡斯大學教授傑夫·杭斯特告訴英國廣播公司記者，反氫原子具有「少許磁性」，「你可以把它們想像成羅盤指針，能夠利用磁場探知它們的存在。我們製成一隻強有力的『磁瓶』，在裡面造出反物質」。實驗顯示，利用這種磁場，可以將「牽制」反氫原子的時間延長到十分之一秒的量級，這對於觀察研究反氫原子來說已經「足夠長」。最終，歐洲核子研究中心在製造出的數以千計的反氫原子中，成功地使其中的38個存在了大約0．17秒。反物質-與通古斯大爆炸

物理學上一個最大的謎團就是，世界為什麼是由佔據壓倒性地位的正常物質構成，而不是反物質。根據物理學定律，這兩種在宇宙誕生時出現的物質數量上應該沒有任何差異。反物質的發現，使人們聯想上世紀許多不解之謎，其中最為著名的莫過於「通古斯大爆炸」。1908年6月30日凌晨，俄羅斯西伯利亞通古斯地區遭遇從天而降的「火球」，大片原始森林頃刻化為灰燼。至於爆炸起因，一些人推斷是小行星撞擊，一些人猜想是反物質所致「湮滅」。深入研究反物質，是解開宇宙起源之謎的重要環節。「我們希望查明，物質與反物質之間是否存在某些我們尚不知道的區別，」杭斯特說，「這種區別或許存在於更基本層面，或許牽連宇宙起源時某些高能量活動。」反物質-未解之謎懸疑1：首個發現者或是中國人中國的反物質研究所始於上世紀80年代初，由世界著名的核物理學家趙忠堯擔任技術顧問，因此西方稱他為「中國反物質武器之父」。外界認為，趙忠堯是史上第一個發現反物質的物理學家。這個發現足以使他獲得諾貝爾獎。但1936年，諾貝爾物理學獎授予了1932年在雲霧室中觀測到正電子徑跡的安德遜，而不是1930年首先發現了正負電子湮滅的趙忠堯。安德遜也承認，當他的同學趙忠堯的實驗結果出來的時候，他正在趙忠堯的隔壁辦公室，他的研究是受趙的啟發才做的。 懸疑2 ：反物質天使or魔鬼反物質，它能輕鬆地幫助人類進行星際旅行，或許也能輕易製造出毀滅地球的「超級核彈」。反物質是一種致命武器，威力強大，不可阻擋。一旦將其從歐洲核子研究中心的充電平台上移走，燈光會令人眩目，周圍會響起雷鳴般的咆哮聲，它們會自動焚毀。有人提出，人類可能有朝一日利用反物質的破壞力去摧毀整個世界。反物質-大事記

1995年歐洲核子研究中心的科學家在實驗室中製造出了世界上第一批反物質——反氫原子。1996年，美國的費米國立加速器實驗室成功製造出7個反氫原子。1997年4月，美國天文學家宣布他們利用伽馬射線探測衛星發現，在銀河繫上方約3500光年處有一個不斷噴射反物質的反物質源，它噴射出的反物質形成了一個高達2940光年的「反物質噴泉」。1998年6月2日，美國發現號太空梭攜帶阿爾法磁譜儀發射升空。阿爾法磁譜儀是專門設計用來尋找宇宙中的反物質的儀器。然而這次飛行並沒有發現反物質，但採集了大量富有價值的數據。2000年9月18日，歐洲核子研究中心宣布他們已經成功製造出約5萬個低能狀態的反氫原子，這是人類首次在實驗室條件下製造出大批量的反物質。2010年11月17日，歐洲核子研究中心(CERN)科學家宣布，在最新實驗中首次成功捕獲反物質，取得了重大的物理學突破。科學家表示他們首次捕獲了存在於現實世界的反物質樣本。一個由英國和其他國家物理學家組成的科研小組在一項驚人的科學突破中，在實驗室中瞬間「捕捉」了38個反氫原子反物質-影響

因為物質與反物質的湮滅時質量可完全轉換成能量，帶來最大的能源效率，且單位產量是核能的千百倍或常規燃料的億兆倍，所以一直有人研究其作為新能源的可行性，主要用於在太空很難補給燃料的航天用，甚至作為反物質武器。但是由於目前人為製造反物質的方式，是由加速粒子打擊固定靶產生反粒子，再減速合成的。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，因此尚不具有經濟價值。此外，不帶電的反物質無法以磁場束縛，保存上也是一大問題。製造反物質武器反物質是一種致命武器，威力強大，不可阻擋。一旦將其從歐洲核子研究中心的充電平台上移走，燈光會令人眩目，周圍會響起雷鳴般的咆哮聲，它們會自動焚毀。有人提出，人類可能有朝一日利用反物質的破壞力去摧毀整個世界，這本身就是一種奇異的想法，也是好萊塢科幻大片《天使與魔鬼》的情節主線。在影片中，僅僅含有0.25克反物質的炸彈就足以將梵蒂岡從地球上抹去。 歐洲核子研究中心物理學家蘭杜亞表示，我們不要杞人憂天。科學家有充分理由相信上述一幕絕不會在不久的將來上演。蘭杜亞說：「如果你將歐洲核子研究中心在過去30多年反物理實驗中生成的所有反物質累積起來，如果你無比幸運，你或許會得到一億分之一克反物質。如果它在你指尖爆炸，除了像點燃一根火柴以外，不會造成其它任何危險。」接受PET的患者血液中具有天然放射性原子，它們釋放出數千萬個的正電子不會造成任何負面影響。 即便物理學家可以製造出炸彈所需要的足夠多反物質，但費用將會是個天文數字。蘭杜亞說：「1克反物質的製造成本可能高達1000億美元。這可能超出貝拉克·奧巴馬在很多領域投資的資金。」牛津大學物理學家克羅斯還提到了時間問題。他說：「我們需要100億年才能生成去製造丹·布朗（《天使與魔鬼》一書的作者）所說炸彈的足夠多反物質。」 清潔能源有人又希望將反物質作為一種清潔、綠色能源進行開發。牛津大學物理學家克羅斯說：「如果大自然在過去150億年間給我們生成足夠多的反物質，也許存在這種可能性。」蘭杜亞說，問題是，我們每次只能用它們造成一個反原子，這種辦法消耗的能量將遠遠超過我們從中獲得的能量——前者可能是後者的十億倍。然而，這並不表示我們不能以各種新途徑利用反物質。2007年，美國加州大學河濱分校兩位物理學家戴維·卡西迪(DavidCassidy)和艾倫·米爾斯製造出由至少一個電子偶素原子構成的第一個分子。電子偶素原子很快湮滅變成高能伽馬射線，所以，如果將大量電子偶素原子結合，也許這能夠令其湮滅，同時釋放出光線，造出巨大的高能「伽馬射線湮沒激光器」，可被用於對小到原子核這樣的物體拍照，或引發核反應堆中的核聚變

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