我們周圍世界的物質(zhì)歸根結(jié)底是由質(zhì)子、中子和電子等基本成分構(gòu)成的，不同數(shù)目的質(zhì)子和中子結(jié)合在一起構(gòu)成了不同的原子核，并形成不同的化學(xué)元素，而不同的元素又進(jìn)一步結(jié)合成自然界的各種物質(zhì)。而反物質(zhì)，簡(jiǎn)單說(shuō)，就是由反質(zhì)子、反中子和反電子等反粒子成分構(gòu)成的物質(zhì)。 

    簡(jiǎn)單說(shuō)就是反粒子成分構(gòu)成的物質(zhì)

    反物質(zhì)概念是英國(guó)物理學(xué)家保羅·狄拉克最早提出的。他在20世紀(jì)30年代預(yù)言，每一種粒子都應(yīng)該有一個(gè)與之相對(duì)的反粒子，例如反電子，其質(zhì)量與電子完全相同，而攜帶的電荷正好相反。

最簡(jiǎn)單的元素——?dú)湓氐脑又话粋€(gè)質(zhì)量極輕的電子和一個(gè)體形巨大（就原子級(jí)別而言）的原子核，原子核的成分則是一個(gè)質(zhì)子。電子帶有負(fù)電荷，質(zhì)子則帶有同樣電量的正電荷。

與氫原子相比，“反氫原子”只有一個(gè)不同點(diǎn)：其內(nèi)部粒子的電荷是相反的。于是，我們看到有一個(gè)體形巨大、居于中心、帶負(fù)電荷的“反質(zhì)子”操控著一個(gè)飄忽不定、重量極輕、帶正電荷的“正電子”。

電荷吸引的原則并沒(méi)有改變：無(wú)論對(duì)物質(zhì)還是反物質(zhì)而言，正負(fù)電荷都在互相吸引。因此，構(gòu)成原子、組成分子、堆積成大塊物質(zhì)的那些電磁力應(yīng)該同樣可以構(gòu)建出反原子、反分子和大塊反物質(zhì)。

   宇宙大爆炸時(shí)，巨大能量轉(zhuǎn)化為等量正反物質(zhì)

構(gòu)成我們周圍世界的物質(zhì)都是正物質(zhì)，我們很難找到反物質(zhì)的存在。那么又是什么造成了宇宙中正物質(zhì)和反物質(zhì)的不對(duì)稱呢？

一種容易讓人接受的一種解釋認(rèn)為，150億年前宇宙起源的一次大爆炸，能量轉(zhuǎn)化為同樣多的正物質(zhì)與反物質(zhì)，這兩種物質(zhì)相遇會(huì)發(fā)生劇烈爆炸，轉(zhuǎn)化為能量，并歸于湮滅?？墒悄壳坝钪嬷械奶祗w均為正物質(zhì)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)天體，也沒(méi)有觀測(cè)到正反物質(zhì)相遇時(shí)發(fā)生的猛烈爆炸。那么，人們推測(cè)可能是由于正反物質(zhì)衰變率的微小差別，使正物質(zhì)多于反物質(zhì)，正反物質(zhì)湮滅之后，剩下來(lái)的正物質(zhì)構(gòu)成了現(xiàn)在的宇宙天體，而反物質(zhì)并不存在。

    探測(cè)到粒子CP破壞現(xiàn)象，有助于解釋反物質(zhì)消失之謎 

這種推測(cè)放到物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，就是去探測(cè)粒子的CP破壞現(xiàn)象。構(gòu)成物質(zhì)的某種粒子（夸克或輕子或中微子）CP破壞程度越大，正物質(zhì)衰變率與反物質(zhì)衰變率相差越大，越可能解釋正物質(zhì)充斥宇宙的現(xiàn)象。在基本粒子的夸克部分首先觀察到了CP破壞現(xiàn)象，但上千名科學(xué)家經(jīng)過(guò)10年研究得出一致的結(jié)論：測(cè)量結(jié)果與宇宙中物質(zhì)的實(shí)際結(jié)果差了100億倍，破壞程度遠(yuǎn)不足以解釋為什么現(xiàn)在還有這么多正物質(zhì)存在。

1998年，日本的超級(jí)神岡實(shí)驗(yàn)以確鑿證據(jù)證明了中微子也存在CP破壞現(xiàn)象，并稱之為中微子振蕩現(xiàn)象。中微子振蕩現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為解開(kāi)正反物質(zhì)之謎帶來(lái)了新的希望。由于中微子難以捕捉，目前還不清楚中微子部分的CP破壞大小。如果CP破壞較大，就可能解釋為什么我們的世界盡是物質(zhì)而不是反物質(zhì)。

但是還存在一個(gè)矛盾，就是宇宙大爆炸導(dǎo)致的物質(zhì)與反物質(zhì)應(yīng)該相等，除非有某種機(jī)制使反物質(zhì)衰變得比正物質(zhì)快。如果找不到這種機(jī)制，宇宙大爆炸理論就不能自圓其說(shuō)?；蛘咚清e(cuò)的，反物質(zhì)藏在某個(gè)地方。

   如何制造和儲(chǔ)存反物質(zhì) 

倘若能夠在創(chuàng)造出反物質(zhì)的同時(shí)防止其瞬間湮滅，這還真算得上一個(gè)不平凡的成就。事實(shí)上，物質(zhì)與反物質(zhì)相接觸后導(dǎo)致的爆炸性后果是科幻小說(shuō)最鐘愛(ài)的題材之一：比如《星際迷航》中使用的能源，以及丹·布朗的驚險(xiǎn)之作《天使與魔鬼》里的致命炸彈。在現(xiàn)實(shí)世界中，這樣的應(yīng)用成果即使能夠成真，也不可能在短時(shí)間內(nèi)成為現(xiàn)實(shí)。不過(guò)，原子級(jí)別的破壞確實(shí)給反物質(zhì)的存儲(chǔ)制造了麻煩：如果有東西會(huì)破壞掉與之接觸的任何物質(zhì)，你該如何保存它呢？

歐洲核子研究中心的科學(xué)家們已經(jīng)成功解決了這一難題。首先，你需要制造出非常良好的真空環(huán)境，這樣反物質(zhì)就不會(huì)意外撞上某個(gè)在空中游蕩的原子物質(zhì)。其次，你必須保證反物質(zhì)不會(huì)接觸到容器的器壁，因?yàn)槿萜鞯某煞肿匀皇俏镔|(zhì)的。訣竅是要制造出一個(gè)“磁力瓶”，即不使用任何固體材料，而是利用一組電場(chǎng)和磁場(chǎng)。這些場(chǎng)能夠囚禁反物質(zhì)，防止其接觸到磁體本身。

通過(guò)這種方法，科學(xué)家曾經(jīng)借用磁力來(lái)控制大型正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)等粒子加速器中的單個(gè)高能反粒子（包括反質(zhì)子和正電子）。磁體會(huì)引導(dǎo)正電子在一條很長(zhǎng)的環(huán)形管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)，管道內(nèi)部的真空水平比外太空還要高。帶電粒子流的運(yùn)動(dòng)速度則接近光速。

低能反物質(zhì)的情況則有所不同。儲(chǔ)存“低溫”正電子的工具叫做“彭寧陷阱”，是荷蘭物理學(xué)家弗蘭·米海爾·彭寧想出的一個(gè)用一系列電場(chǎng)和磁場(chǎng)來(lái)囚禁反物質(zhì)的方法。單個(gè)正電子每次能夠在彭寧陷阱中儲(chǔ)存幾個(gè)月，供科學(xué)家研究。迄今的研究表明，除電荷性質(zhì)相反外，正電子與電子完全一模一樣。

不過(guò)，科學(xué)家能夠一次性囚禁的正電子或反質(zhì)子的數(shù)量是有限的。囚禁的同種粒子數(shù)量越多，其總電荷量就會(huì)越大。最后，電荷量會(huì)因?yàn)樽兊锰蠖鴮?duì)構(gòu)成陷阱本身的各個(gè)電場(chǎng)和磁場(chǎng)造成破壞。

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