位于日內(nèi)瓦法瑞交界的歐洲核子研究中心(CERN)日前發(fā)布新聞稱,該中心阿爾法(ALPHA)試驗(yàn)室科學(xué)家成功地將309個(gè)反氫原子“抓住”長(zhǎng)達(dá)1000秒的時(shí)間,打破了迄今為止反物質(zhì)留存時(shí)間最長(zhǎng)紀(jì)錄。

    “如此長(zhǎng)的時(shí)間足夠科學(xué)家對(duì)之進(jìn)行分析并進(jìn)一步研究相關(guān)屬性,盡管目前發(fā)現(xiàn)的反氫原子數(shù)量極其有限。”該試驗(yàn)室新聞發(fā)言人韓斯特先生(Jeffrey Hangst)表示。據(jù)了解,該中心科學(xué)家曾于去年11月利用反氫原子微弱的磁性,成功地用“磁場(chǎng)陷阱”束縛住了38個(gè)反氫原子并使其留存0.17秒。如果說(shuō),去年的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步證明了物理學(xué)界的“宇宙對(duì)稱學(xué)說(shuō)”——確實(shí)存在反物質(zhì),那么本次試驗(yàn)結(jié)果則給人類研究反物質(zhì)和進(jìn)一步解讀宇宙奧秘提供了現(xiàn)實(shí)可能性。

    北京大學(xué)錢(qián)思進(jìn)教授對(duì)記者形象地解釋說(shuō),按照物理學(xué)對(duì)稱理論,宇宙大爆炸產(chǎn)生了等量的物質(zhì)與反物質(zhì),而反物質(zhì)至今才被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)。“如果這種對(duì)稱理論存在,那么在遙遠(yuǎn)的宇宙中還存在著與我們當(dāng)今現(xiàn)實(shí)物質(zhì)世界完全相互對(duì)稱的另一個(gè)反物質(zhì)世界。”電子具有負(fù)電荷屬性,按照此理論,一定存在一個(gè)正電荷電子;那么同樣可以猜想在宇宙中還存在著另一個(gè)屬性相反的“銀河系”及其生存物體,包括千千萬(wàn)萬(wàn)個(gè)體存在的屬性相反的人類;按照物理學(xué)能量守恒原理,宇宙大爆炸產(chǎn)生了屬性不同的物質(zhì)世界,但當(dāng)這兩個(gè)屬性不同的物質(zhì)世界相遇時(shí)則會(huì)產(chǎn)生能量(或者說(shuō)爆炸)并瞬間消失,產(chǎn)生新的物質(zhì)世界;如果上述能量足夠大的兩個(gè)物質(zhì)世界的物體相遇時(shí),就會(huì)產(chǎn)生地球和人類的災(zāi)難。

    宇宙的神秘現(xiàn)象或多或少引起民間疑惑,普通民眾擔(dān)心類似“黑洞”、“反物質(zhì)”、“磁單極”和“真空泡”等各類猜想。比如,高能粒子對(duì)撞產(chǎn)生的“黑洞”會(huì)把現(xiàn)實(shí)世界“吞噬”掉;大到猶如地球體積的“反物質(zhì)”會(huì)與地球相遇時(shí)相互“湮滅”,并成為一團(tuán)光等。

    錢(qián)教授對(duì)此解釋說(shuō),“這些擔(dān)憂完全沒(méi)有必要。”科學(xué)家?jiàn)^斗了十幾年,至今僅制造出如此少量的反氫原子,即使再努力10億年,所能造出反氫原子數(shù)量與當(dāng)今物質(zhì)世界相比也微不足道;另外,地球經(jīng)受了幾十億年的宇宙射線“轟擊”,而“微觀黑洞”只是一個(gè)理論假說(shuō),即使存在,它的特性也與星系間的大尺度“宏觀黑洞”截然不同,其體積比質(zhì)子還小,且壽命極短轉(zhuǎn)瞬即逝,不會(huì)給現(xiàn)實(shí)世界留下任何影響和痕跡。

    人類還遠(yuǎn)未充分認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界。據(jù)歐洲核子研究中心資料介紹,在人類未知的96%的宇宙空間中,有70%的宇宙是由一種新形式的能量——“暗能量”所組成,而剩下26%的部分則是“暗物質(zhì)”。與正常物質(zhì)不同,“暗物質(zhì)”憑借普通技術(shù)手段無(wú)法觀測(cè)。而此次科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的反物質(zhì)并使之留存1000秒則為人類打開(kāi)探索宇宙奧秘之門(mén)提供了鑰匙。 

    該中心的科學(xué)家們?cè)酶哳l手段“轟擊”反氫原子并記錄了反氫原子消失的過(guò)程,這使人類可以首次嘗試了解反氫原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。據(jù)悉,在發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)之后,該中心科學(xué)家將在反物質(zhì)與物質(zhì)的等量屬性上做進(jìn)一步的研究,即在浩渺的宇宙中是否存在一個(gè)體積、重量、結(jié)構(gòu)、外觀等眾多指標(biāo)相同的另外一個(gè)反物質(zhì)世界,以進(jìn)一步證實(shí)物理學(xué)對(duì)稱理論。

    (本報(bào)日內(nèi)瓦6月8日電  本報(bào)駐日內(nèi)瓦記者 宋 斌)

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    什么是反氫原子

    用自然界不存在的原子進(jìn)行試驗(yàn)在基礎(chǔ)物理研究中作用很大,但是面臨的重大挑戰(zhàn)是,非自然存在的原子其存在的時(shí)間特別短暫。一般的反物質(zhì)原子有一個(gè)粒子和一個(gè)反粒子,非常不穩(wěn)定,存在的時(shí)間不到1微秒。反氫原子則完全由反粒子——一個(gè)帶負(fù)電的反質(zhì)子和一個(gè)帶正電的正電子組成,根據(jù)宇稱理論,氫原子比較穩(wěn)定,反氫原子也應(yīng)有等長(zhǎng)的穩(wěn)定存在時(shí)間。所以科研人員選用反氫原子來(lái)研究反物質(zhì)。

    反物質(zhì)是由反粒子組成的物質(zhì),反粒子的質(zhì)量等特性與組成普通物質(zhì)的粒子相同,但電荷等特性相反。反氫原子是氫原子對(duì)應(yīng)的反物質(zhì)形態(tài),氫原子由一個(gè)帶負(fù)電的電子和一個(gè)帶正電的質(zhì)子構(gòu)成,反氫原子則與它正好相反,由一個(gè)帶正電的正電子和一個(gè)帶負(fù)電的反質(zhì)子構(gòu)成。反物質(zhì)是正常物質(zhì)的反狀態(tài)。當(dāng)正反物質(zhì)相遇時(shí),雙方就會(huì)相互湮滅抵消,發(fā)生爆炸,釋放出高能光子或伽馬射線,能量釋放率要遠(yuǎn)高于氫彈爆炸。

    此次歐洲核子研究中心采用了先進(jìn)的反物質(zhì)捕捉技術(shù),捕捉器每次捕捉到的反原子數(shù)量增加了5倍?？蒲腥藛T相信,如果困住反氫原子的時(shí)間足夠長(zhǎng)的話,就可對(duì)反物質(zhì)深入進(jìn)行一系列基礎(chǔ)研究,如研究電荷——宇稱——時(shí)間逆反理論,反氫原子在冷卻到一定溫度時(shí)的重力效應(yīng)。

    反物質(zhì)概念是英國(guó)物理學(xué)家保羅·狄拉克在20世紀(jì)30年代提出的。1932年美國(guó)物理學(xué)家卡爾·安德森在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了正電子的存在。隨后又發(fā)現(xiàn)了負(fù)質(zhì)子和自旋方向相反的反中子。2011年5月初,中美兩國(guó)科學(xué)家合作發(fā)現(xiàn)了迄今最重的反物質(zhì)粒子——反氦4。

    正反物質(zhì)的不對(duì)稱疑難,是物理學(xué)界所面臨的一大挑戰(zhàn)?？茖W(xué)家認(rèn)為,在宇宙誕生的大爆炸中產(chǎn)生了等量的物質(zhì)與反物質(zhì)。后來(lái),由于某種原因,大部分反物質(zhì)轉(zhuǎn)化為物質(zhì)。再加上有的反物質(zhì)難于被觀測(cè),所以,人們觀察到的世界主要是由物質(zhì)組成。研究反物質(zhì)原子的特性、比較它們與普通原子在物理規(guī)律上是否對(duì)等,有助于解開(kāi)疑問(wèn)。 (郭林）