『科学家』科学家:触摸“反物质世界”的大门,只需要你手中的香蕉( 三 )


不过幸运的是 , 从技术上来说要制造和保存即使是0.5克的反物质 , 也几乎是不可能的 。 这类似于一个经典疑难:一个科学家发明了能够溶解一切的药水 , 那这个药水要装在哪里?天然形成的反物质或者人工制造的反物质 , 一旦遇到物质粒子 , 就会被湮灭掉 。 我们要把反物质放在哪里?
虽然很难 , 但理论上还是保存反物质的方法 。 你不可能将反物质放入一个普通的盒子储存起来 , 因为反物质马上就会发生湮灭而消失 。 为了避免反物质和物质直接接触 , 必须要放入真空环境中 , 而真空又需要密闭 , 密闭的容器必然是物质做成的 , 你还需要避免反物质运动与容器壁碰撞接触 。 这个时候 , 你需要强的电磁场将反物质约束在一定空间内 。 科学家使用一种叫潘宁阱(Penning Trap)的电磁约束装置来保存反物质 。 一种潘宁阱结构及离子在阱中的运动轨迹示意图(Image: CNKI)
为什么研究反物质世界?——细思极恐的科学
反物质这么危险 , 发现反物质这么难 , 为什么我们还要研究反物质、甚至是反物质世界呢?
反物质只是和普通物质性质相同 , 电荷相反 , 这只是物理学家的假设 。 根据反物质对应的物质的性质 , 我们假设反原子发出的光和物质原子发出的光是一样的 , 反物质物体也会在重力作用下做落体运动 , 但是真实情况其实我们并不知道 。 我们得到的反物质太少了 , 反物质的储存又如此艰难 。
事实上 , 反物质远不止这么简单 。 围绕着反物质还有许许多多的问题 , 其中最基本的问题就是反物质哪里去了?为什么我们的世界是物质的而不是反物质的?反物质的研究还涉及到我们现在宇宙存在的合理性 。
根据大爆炸理论 , 宇宙产生初期 , 高能能量基团产生出等量的物质和反物质 , 产生的正反物质对又会湮灭 , 这一过程伴随着宇宙的膨胀循环往复 。 在膨胀过程中 , 宇宙慢慢冷却下来 , 正反物质对产生过程终止 , 现存的正反物质应该是等量的 。
然而事实并非如此 , 目前科学家发现 , 我们的宇宙几乎只由物质构成 。 只有证明正反物质之间的对称性不严格 , 才能说明我们现在宇宙的存在就是合理的 , 即使这种对称性破缺只有百万分之一 。
因为 , 如果有大量反物质存在 , 就会不断有湮灭过程产生 , 即使距离我们很远 , 依照人类现在的观测手段来讲 , 也是能够观测到的 , 但事实是 , 我们并没有看到 。
我们的物质世界主要是由粒子而不是反粒子构成 , 这就是著名的正反物质不对称性谜题或者叫电荷-宇称不守恒(CP破缺) 。
1956年 , 华裔美籍物理学家杨振宁(Chen Ning Yang)(现为中国籍清华大学教授)和李政道(Lee Tsung-Dao)发现了弱相互作用下宇称不守恒 。 同年 , 华裔美籍女物理学家吴健雄(Wu Chie-Shiung)用钴-60的弱衰变证明了杨-李的理论 。 次年 , 杨、李二人即获得诺贝尔物理学奖 。 正是由于正反物质不对称 , 才造成我们今天的宇宙主要有物质而不是反物质构成 。
也许有人会问 , 怎么知道世界是物质的而不是反物质组成的呢?
【『科学家』科学家:触摸“反物质世界”的大门,只需要你手中的香蕉】这是因为我们先发现的物质 , “物质”和“反物质”只是两个名称而已 。 如果在另一个宇宙中 , 科学家为宇宙的组成命名为“反物质” , 那么它们就是一个“反物质”世界 。 说不定 , 有一个“镜中”的世界 , 存在于我们的平行时空里 , 那里也有一个你的对应者!