反物質,你不知道的七件事

1.人類創造的反物質數量極少

反物質,你不知道的七件事



物質與反物質湮滅 , 能夠釋放數量驚人的能量 , 比如 , 1克反物質產生的能量 , 可以與原子彈爆炸的威力相媲美 , 因而它是有著巨大潛力的新能源 。 然而 , 迄今為止 , 人類只創造出了極少量的反物質 。
比如 , 在美國最大的高能物理研究實驗室——費米實驗室 , 這里擁有目前世界上能量輸出最高的粒子加速器 , 也就是著名的Tevatron質子/反質子加速器 , 它能將質子加速到接近光速 。 迄今為止 , 這個加速器創造出的所有反質子加起來只有不到15毫微克(1毫微克=10-9克) 。 而世界上最大的粒子物理研究中心——歐洲粒子物理研究所創造出的所有反物質只有1毫微克 。 在德國漢堡的德國電子同步加速器 , 至今大約只有2毫微克的正電子被生產出來……如果人類歷史上所有生產出來的反物質全部湮滅 , 產生的能量甚至不足以煮開一杯茶水 。
究其原因 , 問題主要是出在反物質的生產和存儲的成本 , 還有生產的效率上 。 生產1克反物質將需要2500萬億千瓦時的能量和超過1千萬億美元的成本 , 由此我們不難想象 , 人造反物質到底會有多么珍稀 。
2.有種東西叫做反物質陷阱
反物質,你不知道的七件事



為了研究反物質 , 首先你需要很好地儲存它 , 防止它湮滅 。 現在科學家們已經發明了存儲它的方法 。
帶電的反物質粒子 , 比如正電子或者反質子 , 它們全都可以被一種叫做“彭寧陷阱”的裝置存儲起來 。 彭寧陷阱猶如一種微型的粒子加速器 , 在其內部 , 反物質粒子沿環形管道不停地做旋轉運動 , 同時磁場和電場將它們囚禁在真空中 , 使之免于碰到裝置的“墻壁”而湮滅 。
但是 , 彭寧陷阱無法囚禁中性反物質粒子 , 比如反氫原子 。 因為反氫原子沒有電荷 , 無法被電場限制起來 , 因此彭寧陷阱無法發揮作用 。 不過科學家們找到了另外一種陷阱——“約費陷阱” , 它可以創造一種沿任意方向磁場都會增大的空間 。 粒子會被困在約費陷阱中磁場最弱的那一點 , 就好像珠子只能在碗的底部滾來滾去一樣 。
地球的磁場同樣也可以充當一種反物質陷阱 。 科學家們已經在地球周圍的空間探測到了一種反物質——反質子粒子構成的狹長條帶 , 它被夾在地球的范艾倫輻射帶兩個層面之間 。 范艾倫輻射帶是環繞地球的高能粒子輻射帶 。 當高能宇宙射線擊碎了地球上層大氣中的分子時 , 會形成大量的自由粒子 , 這些自由粒子和擊碎它們的宇宙射線粒子一道 , 最后都會被范艾倫輻射帶俘獲 , 形成像甜甜圈一般的輻射區 。
科學家們通過衛星發現 , 在所謂的“南大西洋輻射異常區”(位于南美洲東側南大西洋 , 這里的輻射強度只有正常輻射區的一半)的上空 , 衛星能夠探測到濃度很高的反質子粒子聚集區 。 這些反質子粒子像宇宙射線粒子一樣被困在了地球磁場中 , 在距離地面一定高度的高空 , 空氣密度已經非常稀薄 , 那里的反物質粒子與正常粒子湮滅的損失會比較小 , 從而可以在范艾倫輻射帶中出現一個反物質帶 。
3.反物質可能會往上“掉”
反物質,你不知道的七件事



反物質粒子和物質粒子擁有相同的質量和截然相反的電荷、自旋屬性 。 按照標準模型的預言 , 重力對于物質和反物質的影響應該是相同的 , 然而 , 實際情況是否如此還有待觀察 。 一些科學家就提出了不同的觀點:反物質可能會抵制引力 , 換句話說 , 它們可能會往上“落” 。

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