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反粒子的研究发现,还是真实存在的物质

其实很多物理术语只是数学上的形式,并不对应客观的存在。当然反物质不仅是数学上的推导,也是真实存在的!只不过确实难以实物粒子来证明而已。

人类从发现正电子以后,陆续发现了反中子,反质子。直到现在我们知道可能会存在一个由反粒子构成的世界!

其实如果我们仔细想想就会发现现在很多物理实体早已经不局限于“看得见摸得着”的东西了,因为我们的感官根本无法看到和发现这些物质,因此我们只利用一些实验现象来证明其存在。

正电子的发现—狄拉克获诺贝尔奖

反物质的提出

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反物质的概念最早是由狄拉克提出的,其历史背景是因为量子力学解决了很多低能下的非相对论性的系统问题,但是却不适用于高能的相对论性粒子或系统。

著名类国物理学家、量子力学的创始人之一保罗狄拉克在1928年提出广相对论性电子理论在这个理论中他把相对论、量子和自旋这些在此前看来似乎无关的概念和谐地结合起来,并得出一个重要结论:电子可以有负能值。从此以后,人们才对电子和其他自旋1/2的粒子有了相当的理解。

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狄拉克后来被选为剑桥的卢卡斯数学教授(牛顿曾经担任这一教授位置,霍金也曾担任此一职务)霍金对狄拉克理论的评价非常高,他认为这是第一种既和量子力学又和狭义相对论相一致的理论,它在数学上解释了为何电子具有1/2的自旋,也即为什么将其转一整圈不能而转两整圈才能使它显得和原先一样,这个理论同时预言了电子必须有它的配偶反电子或正电子。而后来1932年正电子的发现证实了狄拉克的理论他因此获得了1933年的诺贝尔物理学奖。

狄拉克

反粒子的发现

为了把量子力学推广到相对论性量子力学,他提出了“狄拉克海”这个概念,认为宇宙中充满了电子,和海洋一样,但是某些电子可能由于某些原因被激发出海平面,这样这个电子原来的位置就留下一个空穴。这个空穴相对于充满电子的空穴来说,就是带正电的粒子。

在原子核以下层次的物质的单独形态以及轻子和光子,统称粒子。在历史上,有些粒子曾被称为基本粒子。所有的粒子,都有与其质量,寿命、自旋、同位旋相同但电荷、重子数、轻子数、奇异数等量子数异号的粒子也存在,我们将之称为该种粒子的反粒子,除了某些中性玻色子外,粒子与反粒子是两种不同的粒子。如果所有的粒子都有相应的反粒子,那么我们首先要检验的是质子和中子是否存在反粒子。

当然以现在的角度来说反物质的存在时空对称性的要求,狄拉克的解释自然不对。

1956年美国物理学家张伯伦等在加速器的实验中,终于发现了反质子,即质量和质子相同,自旋量子数也是1/2,但带一个单位负电荷的粒子。接着又发现了反中子随着进一步的研究,科学家发现其实各种粒子都有相应的反粒子存在,这个规律被证明是普遍的。有些粒子的反粒子就是它自己,这种粒子称为纯中性粒子比如光子就是一种纯中性粒子,光子的反粒子就是光子自己。

反物质的发现

由反粒子构成的反物质和正物质会发生湮灭

反物质第一次被证明是在1932年安德森发现的,他让宇宙射线通过强磁场,当它拍下粒子轨迹图,并试图通过相关数据分析时发现径迹和负电子有同样的偏转度,却又具相反的方向。

在如今的粒子物理学中,已不再采用狄拉克的空穴理论来认识正反粒子之间的关系,而是从正反粒子完全对称的场论观点来认识。迄今,已经发现了几乎所有相对于强作用来说比较稳定的粒子的反粒子。如果反粒子按照通常粒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。

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欧洲核子研究中心的科学家们在欧洲当地时间2010年11月17日表示,通过大型强子对撞机,已经俘获了少量的“反物质”,尽管只是少量的反氢原子而已,但已被科学界视为人类研究反物质过程中的一次重大突破。

ca88亚洲城官网,这一现象很是奇特,单从轨迹来看这是带正电的粒子,但从曲率看又不可能是质子,所以他最终认为这就是带正电的电子!

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实际上,早在1995年,欧洲核子研究中心就首次制造出了9个反氢原子。但反氢原子只要与周围环境中的正氢原子相遇就会湮灭,因此实验室中造出来的反氢原子稍纵即逝,科学家们根本无从研究它的真面目。这一次的实验亮点就在于这些反氢原子存在了大约0.17秒。尽管这个时间在普通人看来也许非常短,但对科学家来说,已比先前有了实质性的延长,足够他们进行较为深入的观察和研究。

反物质的产生与难点

而在2011年6月5日,欧洲核子研究中心的科研人员在英国《自然·物理》杂志上报告称,他们成功地将反氢原子“抓住”长达1000秒的时间,也就是超过16分钟。科学家在论文中说,他们在这一轮研究中,先后用磁场陷阴抓住了112个反氢原子,时间从1/5秒到1000秒不等。根据分析显示,这次抓住的反氢原子大多数处于基态,也就是能量最低、最稳定的状态。这有可能是人类迄今首次制造出的基态反物质原子,如果能让反物质原子在基态存在1030分钟,就可以满足大多数实验的需要。

反物质在现实生活中自然不可能随便产生,只是在尺度很小的真空中,会快速产生并快速湮灭。人类很难捕捉到真空中的正反粒子对的生成与湮灭。毕竟它们所在的尺度太小了,存在的时间太短了。但在粒子对撞机中却很好产生,但不得不说的是关于反物质的相关理论学说并不是完善的例如在宇宙中就无法发现反物质等等。

现在我们知道,任何粒子都有会和它相湮灭的反粒子(对于携带力的粒子,反粒子即为其自身),也可能存在由反粒子构成的整个反世界和反人。然而,如果你遇到了反你,注意不要握手!否则,你们两人都会在一个巨大的闪光中消失殆尽。

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为何我们周围的粒子比反粒子多得多?这是一个极端重要的问题!​​​

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