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【选读】

尽管反物质听起来很奇特,但如果你遇到一块反物质,它对物质来说也不会有什么不同。即使是物质和反物质的单个原子也无法区分。只有在原子内部,它们的真正性质才很明显。

在物质的原子内部——构成一切的物质——是围绕中心核旋转的电子。氢原子是最简单的元素,由一个电子和一个质子构成的原子核组成。电子带负电荷,而质子带正电荷。相反的电荷相互吸引,使原子保持在一起。

反氢原子是一样的,但是电荷是相反的。中心带负电荷的“反质子”抓住带正电荷的“反电子”,也被称为“正电子”。正极和负极的吸引力是一样的,所以把原子变成分子的电磁力,也应该适用于反原子。

当一个粒子遇到它的反粒子孪生兄弟时,它们会在一瞬间相互湮灭。这种毁灭不只是科幻小说里的情节。有些放射性物质会自然地释放正电子。事实上,正电子湮灭已经在医学诊断中使用了几十年,其形式是在医院中发现的

(正电子发射断层扫描)扫描仪。

但是,当物理定律暗示大爆炸的能量应该同样凝结成物质和反物质时,为什么宇宙中有物质,而不是什么都没有呢?他们本应该互相消灭的。

但是这个理论正确吗?它在

世纪

年代通过在粒子加速器中湮灭电子和正电子进行了测试。它们以接近光速的速度加速,迎头相撞。由此产生的能量闪光,在一个比单个原子核还小的区域内,类似于宇宙诞生后不久的情况。

通过记录这些“小爆炸”的结果,实验证实了能量可以转变为平衡粒子和反粒子。它强化了物质和反物质在完美平衡中出现的观点。那么缺失的反物质在哪里呢?

解决这个谜题需要研究反物质原子。如果正电子恰好被反质子的电场捕获,就会有一个反氢原子。它没有净电荷,但它会对磁场做出反应。但是你如何保存一种物质,它能破坏它接触到的任何东西呢?

首先,你需要一个非常好的真空环境,这样反物质就不会无意中撞到空气中的游离原子。然后你需要让它远离你的容器,因为这些也是由物质构成的。解决方案是一个“磁瓶”,利用电场和磁场来囚禁反物质。

然而,要研究反氢原子,你首先需要制造和储存大量的原子。目前的挑战是让正电子和反质子足够靠近,使它们的电吸引力有机会捕获它们,在它们被普通物质湮灭之前形成一个反氢原子。

这已经在欧洲核子研究中心(

)完成了,通过在一台名为

(反质子减速器)的机器中减慢反质子的速度。然后电磁力和正电子把它们聚集在一起。自

年以来,阿尔法已经有几百次将原子捕获在磁瓶中。

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