反物質的科學問答

06-24

反物質的科學問答

編者按：歐洲科學家的結論有些是錯誤的，特別是關於慈氏反光子的結論，他把反光子理解為光子本身的反射，就象反光鏡反射光線那樣在「反光子」：折射光子。其他反物質應用的結論也是保守的估計。中國人會給他相反的答覆。

轉貼用於討論，連接觀看原文全文：

http://www.scitom.com.cn/discovery/antimatter/ant105.html

以下是歐洲核子研究中心（CERN）關於反物質的科學家問答：

反物質用來做什麼用？

反物質有幾種不同的使用，其中主要的一個用途是醫學診斷，是屬於正電子的一個應用，利用正電子發射層析X射線照相術（或者叫做PET掃描）使用正電子識別不同的疾病。至於其它的用途都還處於發展的初級階段，並且要預言未來十年的反物質利用情況都是很困難的。

下面是關於PET掃描的簡單介紹。

粒子物理學家逐漸使用電子和它們的反粒子——正電子的碰撞來研究物質和高能時的基礎力量。

當電子和正電子相遇時，它們發生湮滅，轉化成為能量，這個能量在高能時能再次物質化為新的粒子和反粒子。這個過程就是發生在例如CERN中的正負電子對撞機（LEP）那樣的機器中。

但是，在低能時，電子和正電子的湮滅能有其它的使用，例如採用叫做PET的這種技術去探索人腦工作的機制。

在PET中，正電子來源於放射性核子的衰變，而那種核子是被合成在注射入病人體內的一種特殊液體中的。正電子和電子然後就會在原子附近發生湮滅。因為電子和正電子在發生湮滅的時候幾乎都保持景緻，所以它們的湮滅並不能釋放出足夠的能量去產生哪怕是最輕的粒子和反粒子（電子和正電子），所以為了保持動力，湮滅能以兩束γ射線在相反方向釋放出來。

我們能使用反物質推動車輛和太空船嗎？

理論上這是可行的，但是實際上很困難。我們都可以想像由反物質推進的太空船在星際跋涉，但是實際上製造反物質是如此困難，以至於很難預見反物質用於太空船的推進燃料。為了把一個幾噸重的物質飛船推進到光速，需要的反物質燃料幾乎要和飛船本身同樣重，而依目前我們製造反物質的技術，製造幾噸重的反物質將花掉我們數百萬年的時間。

但是，如果有一克的反物質，就可以讓你的車驅動100000年。

製造反物質武器是否可行？

反物質的軍事使用有和用於太空動力源一樣的局限性：兩者都需要很大數量的反物質，而製造該數量的反物質將花掉數百萬年的時間。

但是，如果把武器只定義為發射子彈的東西，那麼一個加速器就是一個反粒子槍。但是在此我們討論的只是單個的粒子，所以當你射出一發這種子彈的時候，釋放出的能量是如此之小，以至於連使你的敵人發癢都不可能。

怎樣儲存反物質？

物質或者帶有正電荷或者帶有負電荷，所以它們被保存在一個叫做「陷阱」的地方，陷阱里有適當的電磁場結構，可以將反物質限制在一個比較小的地方。當然，陷阱必須是在真空中，以免反物質粒子和物質粒子相遇發生湮滅。

反原子是電中性的，但是它們有磁屬性，所以被保存在「磁瓶」中。

反物質看起來是什麼樣子？

物質和反物質看起來是一樣的。我們通常看一個對象就是看來自該對象的光子，但是物質和反物質都有光子。如果存在一個有反物質組成的反銀河系，那麼僅僅通過這個反銀河系發出的光是無法區別它和物質的銀河系的。

怎樣確定我們的周圍並沒有反物質？

如果在我們周圍有反物質存在，那麼反物質將和物質發生湮滅，我們就會看到光產生，但是我們並沒有看到，所以我們的周圍沒有反物質存在。

關於太空存在反物質的可能性（反銀河系和反恆星），理論家們有理由相信宇宙是由物質組成的。但是我們並不是百分之百的確信這一點，我們可以通過實驗去證明，如要去太空搜索反物質的AMS（阿爾法磁譜儀）。

如果粒子和反粒子的唯一區別是電荷，那麼怎麼區別中子和反中子？

中子由夸克組成，而反中子由反夸克組成。夸克和反夸克的電荷相反，儘管在兩種情況下電荷的總量為零。

區別中子和反中子的一個非常好的方法是把一個中子接近一個反中子，然後看它們是否立即發生湮滅。

關於反光子

光子電荷為零，並且光子內部並沒有包括有電荷的對象，所以光子並不能夠和反光子區分開。也就是說，光子和反光子是同種東西，光子是它自身的反光子？。

在反物質中聲音怎樣傳播？

即使物質和反物質之間有區別，那個區別也是非常小的。正因為如此，在CERN中進行的實驗研究反物質才是必要的。物質和反物質是如此相似，以至於當聲音傳播時，對物質和反物質來說，振動是一樣的。一個反物質小提琴發出的聲音和一個物質的小提琴是沒有區別的。

重力對反物質將起什麼作用？

重力對物體的作用取決於對象的能量。既然物質和反物質有相應的能量，那麼重力對物質和反物質將起同樣的作用。

這意味著由物質和反物質組成的對象都可以放在地板上，而由反物質組成的對象也不會在空中飄浮。

在加速器的一個循環當中，可以製造多少反物質？

在CERN的一個循環（大約一分鐘一次）中，能夠製造出5千萬個反質子，也可以製造出幾百個反氫原子。

在加速器的特殊結構部分，這些數字可以增加十倍多。這些數字聽起來很多，但是實際上用克表示時，一年內的產量才是十億分之一克。

製造反物質需要多少錢？

如果我們估計CERN在過去10年反物質的產量（大約1毫微克），那些反物質已經花掉了幾億瑞士法郎。