【到底什么是反物质 反物质是什么】什么是反物质(到底什么是反物质)?虽然听起来像科幻小说,但反物质存在于我们的日常生活中 。它广泛应用于现代医学领域 。而且,你家厨房的香蕉也可以有反物质 。(这个后面会再提到 。)
反物质是物理学中更大的谜团之一 。当一个反物质粒子遇到一个相反的正常物质粒子,它们会“同归于尽”,爆发出巨大的能量 。在BIGBANG中,正常材料(也就是像你我一样构成世间万物的东西)和反物质应该是被等量发明出来的 。按照这个思路,我们不禁要问:既然如此,正常材料和反材料不应该正好抵消吗?然后只剩下一个宇宙,充满了正负物质毁灭后的能量尾迹 。
什么是反物质?物质是由原子组成的 。从原子图中我们可以看到,一个原子由一个原子核和一些围绕原子核旋转的电子组成,原子核中还有更小的粒子——质子和中子 。无论是氢、碳、氧还是其他物质,原子的类型都是由原子核中的质子数决定的 。氢有一个质子,碳有六个质子,氧有八个质子 。)质子带正电 。正常情况下,一个原子的电子数和质子数是一样的,因为它需要电子的负电荷起到平衡作用,可以使原子保持中性 。至于中子,顾名思义,本身是中性的 。
所以比原子小的粒子——组成原子的质子、中子、电子都可以带电,它们可以高速旋转 。高速旋转可以反映粒子的角动量,角动量与其旋转速度和方向有关 。
目前我们普遍认为,每一个构成物质的粒子都有一个与之相关的反物质粒子 。除了相反的电荷和旋转特性,这两种粒子完全相同 。对于电子来说,反物质粒子是一个正电子,与电子质量相同但带正电,旋转方向与电子相反 。物理学家保罗·狄拉克在1928年首次提出反物质的存在 。不久,卡尔·安德森在1932年发明了正电子 。由于他们的研究,他们在物理学领域取得了重大突破,两人都获得了诺贝尔物理学奖 。
虽然理论上认为BIGBANG中发生了大量的反物质,但是和正常物质相比,我们现在能看到的反物质非常少 。反电子或正电子被用于医学图像,以显示清晰的人体 。你做过PET扫描吗?“PET”中的“P”代表正电子 。
你厨房里的香蕉也能产生正电子 。你可能听说过香蕉富含钾 。钾原子核中有19个质子 。中子数不同的各种钾元素统称为钾同位素 。虽然质子数相同,但稳定性却大相径庭 。香蕉中的钾往往是钾-40 。钾-40有21个中子,偶尔会衰变为氩(原子核中有18个质子) 。在这个过程中,它每75分钟释放一个正电子 。这听起来有点吓人,但是记住,那些反物质正电子很快就会消失 。我们体内也有这种同位素,会主动产生微量的反物质 。
怎么才能讨论反物质?为了讨论反物质红豆博客以确定其用途,并最终解释为什么我们的宇宙中存在使人类能够存在的过剩正物质,粒子物理学家可以在粒子加速器中通过反应产生一定的反物质,比如埋在法国和瑞士边境红豆博客约100米深的大型强子对撞机 。
反物质粒子发生在高速碰撞中,但为了更好地检查它们,物理学家必须使用一种叫做反质子减速器的设备来减缓它们的速度 。
在CERN(欧洲核子研究组织)和大型强子对撞机所在的研究所,未来会有很多与反物质相关的实验 。粒子物理学家调查和讨论反质子对生物的影响:我们可以用反质子来对抗肿瘤吗?反氢原子遇到氢原子会有什么反应?引力会不会对反物质产生和正常物质一样的作用……对于反物质的讨论,CERN提供了清晰的历史之光,有兴趣的可以看看 。
能不能造一艘反物质飞船?《星际迷航》粉丝可能会认为“企业”号飞船通过正负物质碰撞产生的能量,以超光速推进自己 。在现实中,一些团队正在讨论这种推进是否能够实现,例如由一位前NASA物理学家发起的Tau Zero基金会 。那样的话,星际旅行是可能的 。
然而,一个很大的障碍是成本 。早在1999年,美国宇航局估计每克反氢的成本约为62.5万亿美元 。欧洲核子研究中心还提供了数亿瑞士法郎,只是为了通过实验生产十亿分之一克的反氢 。
至于我们为什么继续存在,为什么没有在正负物质的剧烈碰撞中毁灭,目前更好的解释是,宇宙之初发生的每十亿对正负物质携带了一个额外的正常物质粒子,这个粒子充满了宇宙,然后就有了我们现在所知道的一切 。然而,为什么最初不对称仍然是一个谜 。
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