什么是反物质,存在反物质吗?它和正物质相碰会抵消,是不是

什么是反物质,存在反物质吗?它和正物质相碰会抵消,是不是
什么是反物质,存在反物质吗?它和正物质相碰会抵消,是不是

什么是反物质,存在反物质吗?它和正物质相碰会抵消,是不是
反质子、反中子和反电子如果像质子、中子、电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.当你照镜子时,镜中的那个你如果真的存在,并出现在你面前,会怎么样呢?科学家们已经考虑过这个问题,他们把镜中那个你叫做“反你”.科学家想象很远的地方有个和我们的世界很像的世界,它将是一个由反恒星、反房子、反食物等所有的反物质构成的反世界.反物质正是一般物质的对立面,而一般物质就是构成宇宙的主要部分.
粒子物理中的反物质概念
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我们知道,把自然界纷呈多样的宏观物体还原到微观本源,它们都是由质子、中子和电子所组成的.这些粒子因而被称为基本粒子,意指它们是构造世上万物的基本砖块,事实上基本粒子世界并没有这么简单.在30年代初,就有人发现了带正电的电子,这是人们认识反物质的第一步.到了50年代,随着反质子和反中子的发现,人们开始明确地意识到,任何基本粒子都在自然界中有相应的反粒子存在.
电子和反电子的质量相同,但有相反的电荷.质子与反质子也是这样.那么中子与反中子的性质有什么差别?其实粒子实验已证实,粒子与反粒子不仅电荷相反,其他一切可以相反的性质也都相反.这里我们讨论一下重子数的概念.
质子与中子被统称为核子.人们从核现象的研究发现,质子能转化为中子,中子也能转化为质子,但在转化前后,系统的总核子数是不变的.50年代起的粒子实验表明,还有很多种比核子重的粒子,它们与核子也属同一类,这类粒子于是被改称为重子,核子仅是其最轻的代表,一般的规律是：当粒子通过相互作用而发生转化,系统中的重子个数是不会改变的.
由于重子数的守恒性,两个质子相碰是不会产生一个包含三个重子的系统的,那么反核子应当怎么产生?实验表明,反核子总是在碰撞中与核子成对地产生的.例如
p+p → N+N+N+N'+若干 π介子
其中N代表质子或中子,N'代表反质子或反中子.反核子一旦产生,它常很快与周围的某个核子再相碰而咸对地湮灭.例如
N+N' → 若干 π介子
对于比核子更重的重子,情况完全一样.反重子也总是与重子成对地产生,成对地湮灭的.这些经验使人们认识到,重子数的守恒规律需要重新认识.
现在人们把重子数B当作描述粒子性质的一种荷.正反重子不仅有相反的电荷,而且也有相反的重子数B.令任一个重子都具有重子数B=+1,则任一个反重子都具有B=-1.介子、轻子和规范子等非重子不具有重子数,即它们有B=0.重子数的守恒规律可表述为：任何粒子反应都不会改变系统的总重子数B.这表述既反映了不涉及反粒子时的重子个数不变,也概括了反粒子与粒子的成对产生和湮灭.现在我们容易理解中子和反中子的区别了,它们具有相反的重子数B,因此反中子能与核子相碰导致湮灭,而中子则不能.
此外,人们还类似地发现了轻子数的守恒性.中微子虽不带电,也不具有重子数,但它与反中微子具有相反的轻子数.按轻子数的守恒性,中微子与反中微子的物理行为也是很不一样的,实验还表明,介子数和规范粒子数是不具有守恒性的.这样我们看到,电荷只是粒子的一种属性,另外还有用重子数和轻子数等物理量刻画的其他属性.正反粒子的这些属性也都是相反的.
1928年,英国青年物理学家狄拉克从理论上首次论证了正电子的存在.这种正电子除了电性和电子相反外,一切性质和电子相同.1932年,美国物理学家安德逊在实验室中发现了狄拉克所预言的正电子.1955年,美国物理学家西格雷等人用人工的方法获得了反质子.此后人们逐渐认识到,不仅质子和电子,所有的微观粒子都有各自的反粒子.
这一系列科学成果使人们日渐接近反物质世界.然而问题并不那么简单.首先,在地球上很难发现反物质.因为粒子与反粒子碰到一起,就像冰块遇上火球一样,或者一起消失,或者转变为其他粒子.所以在地球上,反物质一旦碰上其它物质就会被兼并掉.其次,制造反物质相当困难而且耗费巨大,需要如SSC或LHC之类的高科技仪器,并且即使制造出反物质,也难以保存,因为地球上万物都有物质构成.
我们周围的宏观物质主要由重子数为正的质子和中子所组成.因此,这样的物质被称为正物质,由他们的反粒子组成的物质相应地叫反物质.从粒子物理的角度讲,正粒子和反粒子的性质几乎完全对称,那么为什么自然界有大量的正物质,而却几乎没有反物质呢?这正是我们现在要讨论的问题.
1998年的夏天,美国宇航局把阿尔法磁谱仪送上了太空.它的主要目标之一是寻找宇宙射线中的反原子核.由于我国参与了这项研究,因此新闻媒体曾热心地宣传过它.美国著名华裔科学家丁肇中也正致力于此.
如果相信宇宙中有等量的物质和反物质,那么在三千万光年之外应有大范围的反星系区存在.在那里,原始的宇宙射线应是由反质子和反 α 粒子组成的.那里的部分宇宙射线粒子会飞进我们这个由正物质构成的区域.由于星系际大部分地方很空旷,气体的密度约只有每立方米一个质子的质量.因此反原子核可自由地飞行很长的距离.这样,放置在地球大气层之外的磁谱仪就能接收到它.这就是阿尔法磁谱仪计划的基本想法.
上面已提到,实际测到的并不只是原始的射线粒子,它也包含由中途碰撞产生的次级粒子.因此当我们从宇宙射线中发现了反质子,它并不说明远处一定有反物质天体区存在.这些反质子完全可能是次级产生的.反原子核就不一样.它是由若干个反核子结合而成的复合体,所以不可能是碰撞产生的次级粒子.因此,如果能从宇宙射线中观测到那怕只有一个反 α 粒子,它将是有力的证据,表明远处有反物质天体存在.阿尔法磁谱仪能同时准确地测定飞入仪器的粒子的质量和电荷.当太空中有反 α 粒子飞入磁谱仪,它是容易被分辨出来的.这正是设计者所期望的事.现在阿尔法磁谱仪升空已有一年了,它接收到的信息正在陆续送回,其结果无疑非常令人关注.
若阿尔法磁谱仪的观测证实了远处有巨大的反物质区存在,那它肯定是一个里程碑式的成果.它的意义远不仅是证实了宇宙中有反物质天体,更重要的是它对物理学提出了严峻的挑战.在早期宇宙中,正反粒子必是混合的.按现有的物理理论,没有一种己知的作用力能使它们发生大范围的分离.因此,如果观测证实远处确有已被分离出去的大量反物质,物理学将需要突破性的变化.
正反物质的不对称疑难
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在多数理论家看来,宇宙中正反物质的大尺度分离是不可能发生的.因此,三千万光年的范围内没有反物质天体,已说明宇宙中大块的反物质是不存在的.但是理论家也相信,极早期宇宙中正反物质应当等量.这样,需要做的事是寻找物理机理,来说明宇宙如何才能从正反物质等量的状态过渡到正物质为主的状态.这里,理论家也遇到了非常尖锐的困难.
按照大爆炸理论,甚早期宇宙介质的温度非常高.粒子间的热碰撞会成对地产生任何基本粒子.当粒子的成对湮灭与成对产生达到统计平衡,宇宙介质就是一切基本粒子构成的混合气体,且任一种稳定或不稳定的粒子都有接近相等的数密度.至于重子和反重子的数目是否严格相等,这不是由物理规律决定,而是由初条件决定的.
在理论家看来,在最初的宇宙中正反粒子应当等量才自然.但是易于看出,若这想法是对的,重子的守恒性立即会给出与事实明显不符的推论.当宇宙的膨胀使气体温度降至10 13 K以下,由于粒子的热动能已不够,热碰撞成对产生重子已不可能.于是湮灭过程将使正反重子的数目同时迅速下降.最终,宇宙中将既没有重子,也没有反重子.这显然不是真实宇宙的情景.事实上,今天宇宙中光子的数目最多．重子的数目是它的十万万分之一左右,反重子的数目很可能还要低许多量级.如果重子数B的守恒性是严格的物理规律,要宇宙从正反重子等量的状态演化成今天这样的状态是不可能的.然后,理论家又不能相信在原始的宇宙中重子就会多于反重子,那么问题的出路在哪儿?
重子数B的守恒性肯定是严格成立的物理规律吗?至今难以计数的粒子实验确实没有发现过一个破坏重子数守恒的事例,但是这并不说明它一定是严格的规律.回顾一下化学的发展可作借鉴.化学反应是元素的重新组合.经验表明,在重组合的前后,每一种元素的原子数是守恒的,无数的化学实践表明没有例外.想把汞变金的炼金术的失败,更从反面提供了证明.但是有了核反应的知识后人们已清楚知道,汞变成金完全可能,关键在于要有高的能量让原子核发生变化.化学反应是在粒子能量小于1eV的条件下进行的,这条件下原子核不能相互接触,核反应就不能发生.若过程中粒子的能量超过1MeV,原子核之间就能充分接近,那么原子核就能变化了,原子数的守恒性也就随之破坏了.由此看来,原子数在化学过程中的守恒不是偶然的,但是它仅是低能下的唯象规律,而不是普遍成立的自然规律.借鉴同样的道理,重子数的守恒性也可能仅是一定能量范围的唯象规律,而不是普遍成立的.当粒子的能量更高,重子数的守恒性完全可能会不成立,这正是今天的理论家看到的出路.
从70年代中期起,粒子物理中由弱电统一理论的成功,掀起了研究相互作用大统一的潮流.按这样的理论,高能下发生破坏重子数守恒的过程是自然的事,粒子物理中的这一潮流与宇宙学解决正反物质不对称疑难的需要不谋而合了.于是这疑难问题作为粒子物理和宇宙学的交叉领域而得到了很多进展.人们已清楚,要从正反物质等量的早期宇宙演化出今天正物质为主的状态,除了重子数守恒须可能被破坏外,正反粒子的相互作用性质还必须有适量的差别.由于超高能下的粒子物理规律至今还没有被掌握,因此实际上自然界是否确实具备这两个要素,尚不能回答,人们正在试探和摸索之中,如果今天的宇宙中只有正物质天体是事实,问题是否能按这思路得到解决也还并不完全肯定.
总之,为彻底揭开宇宙反物质之谜,前面还有漫长路要走.人们已能预料,这问题的解决不仅对认识宇宙是重要的,它对物理学的影响也将是很深刻的.
下面是小说《天使与魔鬼》（丹·布朗著）中提到的一些：
反物质是人类目前所知的威力最大的能量源.它能百分之百的效率释放能量（核裂变的几率是百分之一点五）.反物质不造成污染,也不产生辐射,一小滴反物质就可以维持整个纽约城全天的动能.
先别过于乐观,个中可隐藏着危机……
反物质极不稳定,它可以把接触到的任何东西化为灰烬……连空气也概莫能外.仅仅一克反物质就相当于20千吨当量的核炸弹的能量——相当于当年扔在广岛的那颗原子弹的能量.

"任何一种基本粒子都有自己的反粒子 它们和正粒子的电性相反但电荷相等 自旋方向相反 质量相等 由反粒子组成的物质就是反物质
存在 "目前在宇宙空间中发现了少量的反物质基本粒子 在实验室里也能制造出反粒子 我记得正电子现在已经可以在医学上应用了
http://zhidao.baidu.com/question/37356396.html?si=5
是 "正反物质相遇会产生...

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"任何一种基本粒子都有自己的反粒子 它们和正粒子的电性相反但电荷相等 自旋方向相反 质量相等 由反粒子组成的物质就是反物质
存在 "目前在宇宙空间中发现了少量的反物质基本粒子 在实验室里也能制造出反粒子 我记得正电子现在已经可以在医学上应用了
http://zhidao.baidu.com/question/37356396.html?si=5
是 "正反物质相遇会产生湮灭 两者的质量将完全转变为能量 是最有效率的能量生成模式 而反过来在能量场受扰动时也会产生反物质 比如在强伽玛射线场中就可以产生正负电子对，伽马射线的能量损失和电子对的质量按质能转换完全吻合
...

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这是物理学中的概念，与哲学不沾边。反物质的核子显负电性，电子显正电性，它与正原子撞击可能会释放巨大的能量。理论上讲反物质是应该存在的，但一直没被发现，目前，科学家们还在继续探索。北京就有个正负原子对撞机国家实验室，专门研究反物质的。...

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这是物理学中的概念，与哲学不沾边。反物质的核子显负电性，电子显正电性，它与正原子撞击可能会释放巨大的能量。理论上讲反物质是应该存在的，但一直没被发现，目前，科学家们还在继续探索。北京就有个正负原子对撞机国家实验室，专门研究反物质的。

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我们知道，正常的原子由带正电的质子、带负电的电子和带磁性的中子组成。而反物质的原子则是由带负电的质子、带正电的电子和反磁性的中子组成。当物质和反物质相遇的时候，会发生剧烈的类似中和的反应，放出巨大的能量，完全消耗对等质量的正反物质，摧毁质子电子中子，将其分解为更微小的质量单位。由于反物质的这种特性，在地球表面存在反物质的可能性极低。曾有科学家通过灵敏仪器在高空捕获过反电子，也有人在实验室的高真空环...

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我们知道，正常的原子由带正电的质子、带负电的电子和带磁性的中子组成。而反物质的原子则是由带负电的质子、带正电的电子和反磁性的中子组成。当物质和反物质相遇的时候，会发生剧烈的类似中和的反应，放出巨大的能量，完全消耗对等质量的正反物质，摧毁质子电子中子，将其分解为更微小的质量单位。由于反物质的这种特性，在地球表面存在反物质的可能性极低。曾有科学家通过灵敏仪器在高空捕获过反电子，也有人在实验室的高真空环境中催生过反电子，并探测到它存在了一段时间（零点几秒）。
反物质的存在性争议不大，关键是如果制造和保存反物质。由于反物质和正物质的中和反应是摧毁质子、电子、中子的，所以极其少的反应物就可以放出极为惊人的能量，如果反物质被人类控制的话，将是最为理想的能源来源。

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反物质
http://baike.baidu.com/view/1765.htm

目前科学家只在实验室条件下制造出反物质粒子，还没有在宇宙中发现。
假想1：正反物质粒子相撞，物质粒子都消失，剩下一道光（能量）。
假想2：光子相撞产生物质粒子，不过，光子几乎没有大小，相撞的机会很少。
估计在我们生活的自然界中光子相撞只产生正物质粒子。
可能在某个未知的宇宙空间也产生反物质粒子吧。...

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目前科学家只在实验室条件下制造出反物质粒子，还没有在宇宙中发现。
假想1：正反物质粒子相撞，物质粒子都消失，剩下一道光（能量）。
假想2：光子相撞产生物质粒子，不过，光子几乎没有大小，相撞的机会很少。
估计在我们生活的自然界中光子相撞只产生正物质粒子。
可能在某个未知的宇宙空间也产生反物质粒子吧。

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正电子的发现证实了狄拉克反粒子理论，一些理论物理学家开始认真对待这一理论。1934年泡利与克拉夫证明，即使不能形成稳定的负能粒子海，也会有相应的反粒子存在。于是人们就开始寻找其他粒子的反粒子。
早在1928年，狄拉克便预言了反质子的存在，但证实它的存在却花了20多年的时间。根据狄拉克的理论，反质子的质量与质子相同，所带电荷相反，质子与反质子成对出现或湮没，用两个普通的质子碰撞便可获得反...

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正电子的发现证实了狄拉克反粒子理论，一些理论物理学家开始认真对待这一理论。1934年泡利与克拉夫证明，即使不能形成稳定的负能粒子海，也会有相应的反粒子存在。于是人们就开始寻找其他粒子的反粒子。
早在1928年，狄拉克便预言了反质子的存在，但证实它的存在却花了20多年的时间。根据狄拉克的理论，反质子的质量与质子相同，所带电荷相反，质子与反质子成对出现或湮没，用两个普通的质子碰撞便可获得反质子，但反质子的产生阈能为6.8GeV。1954年，在加利福尼亚大学的劳伦斯辐射实验室，建成了64亿电子伏的质子同步稳相加速器，这为寻找反粒子提供了条件。1955年，张伯伦和塞格雷用上述加速器证实了前一年人们所观测的反质子的存在。由于反质子出现的机会极少，大约每1000亿高能质子的碰撞，才能产生数量很少的反质子，因而证实反质子的存在极为困难。1955年他们这个实验小组测到60个反质子。由于偶然符合本底不大，记数系统虽不算好，但较为可信。
不久他们又发现反中子。尽管高能粒子打靶时也能产生反中子，但是由于反中子不带电，更难从其他粒子中鉴别出来。他们是利用反质子与原子核碰撞，反质子把自己的负电荷交给质子，或由质子处取得正电荷，这样，质子变成了中子，而反质子则变成了反中子。
鲁比亚，C.在正反质子对撞机上进行几百吉电子伏的对撞实验，发现了现代弱电统一理论所预言的传力子，因而获得1984年度诺贝尔奖金物理学奖。
粒子组成物质，反粒子组成反物质，它们一融合就会湮灭.并产生能量
物质与反物质
??大家知道物质是由分子组成的，分子又是由原子组成的，而原子又是由原子核和电子组成，原子核由质子等粒子组成。按照物理学中的等效真空理论，宇宙中的每一种粒子都应该有一与之对应的反粒子，它带有数值相等而符号相反的电荷，宇宙中有多少由质子，中子和电子 结成的物质，就必定有同样多的反质子、反中子和正电子结成的反物质，宇宙中的正反物质 应该是严格对称的。
??地球上肯定没有反物质，太阳系中也没有，因为如果太阳系中若有反物质，那么物质与反物质相遇而湮灭产生γ射线早已把我们烘干，通过几十年来的观测，天体物理学家已经确认：我们的星系和星系团以至包括我们的超星系团在内的大约离地球一亿光年的空间范围内是由 物质组成的而没有反物质。但量子力学认为，各种基本量(如电荷和动量)是守恒的，宇宙创 生时产生了物质，必然产生了相等的反物质。例如物质世界中最简单的氢原子是由一个质子和一个核外电子组成的，那么是否存在着由反质子和正电子组成的反氢原子呢?由于反物质所产生的光应该与物质是一样的，所以从光谱上无法确定反物质的存在，分辨物质和反物质 的唯一办法是对所研究的星系物质进行物理检验，宇宙射线就是由超新星遗留物、恒星或别 的天体碎屑放出的原子类物质，由反物质形成的宇宙线必定来自1亿光年之外的星系，它只占宇宙线的百万分之一。到目前为止，用各种方法所接收到的宇宙线中仅发现少量的反质子而没有发现反物质的存在。
??目前虽然发现和制造的反物质粒子并不多，但反物质的一种形式--正电子已经有了许多实际用途。例如正电子发射X射线层析照相术(PET)，医生利用PET扫描不仅能得出病人软组织的详细图像，而且能够观察他们体内的化学过程，其中包括在进行认识活动时大脑各部分消耗"燃料"的速度。
??反物质的一个潜在的且十分诱人的用途是利用来制造星际航行火箭的超级燃料。将氢和反氢混合湮灭来获得能量，那么这种燃料的1%克所产生的推力就相当于120吨由液态氢和液态氧组成的传统燃料。
??物质和反物质这一物理体系给物理学家、化学家、天体物理学家带来一系列新的课题，同时也给人类带来新的憧憬。

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