人民日报科技大观:探寻反物质缺失之谜

李祖豪

2018年11月29日05:48  来源:人民网-人民日报
 

  仰望星空,亚博体育们所能看到的世界基本都是由正物质构成的,它们形成了你亚博体育,形成了生命。然而,宇宙中也存在着正物质的对立——反物质。

  自然界纷呈多样的宏观物体还原到微观本源,都是由原子核(包括质子和中子)和电子所构成的。通常,原子核带正电,电子带负电。反物质则是正常物质的镜像,它们拥有带正电荷的电子和带负电荷的原子核。正物质和反物质相遇后,会瞬间湮灭成为能量,能量释放率要远高于氢弹爆炸,这巨大的能量被认为是未来最理想的能源之一。

  上世纪二三十年代,英国物理学家狄拉克基于量子力学和相对论首次提出反物质概念。1932年,美国物理学家安德森发现“反电子”并命名为正电子,因此获得1936年诺贝尔物理学奖。其实,此前亚博线上娱乐物理学家赵忠尧已经观察到了“反电子”迹象,只是当时没有意识到这就是反粒子。此后,人们开始利用粒子加速器人工制造并研究反粒子,1955年制造出反质子,后来又陆续制造出反中子、反氘核甚至反氦四。1995年,在欧洲核子中心制造出了反氢原子。这些反物质粒子和正物质粒子除了电荷不同,其他性质几乎相同。

  物理学家认为宇宙起始于大爆炸,大爆炸之后应该有相同数量的物质与反物质。但为什么亚博体育们周围的自然界中几乎没有反物质呢?反物质去了哪里?目前有两种解释:一种认为是由于大爆炸产生的正反物质在宇宙演化中的性质不同,反物质逐渐消失,只剩下正物质,不过目前的实验结果并不支持这一结论;另外一种认为大爆炸产生的物质和反物质分别处在宇宙中的不同区域。

  很多科学家相信,在宇宙的遥远之处有大范围的反物质星系区存在,那里的宇宙射线主要由反质子和反氦四组成,其中部分会飞进亚博体育们这个由正物质构成的区域。这样放置在地球大气层之外的磁谱仪就能接收到它,这是阿尔法磁谱仪(AMS)实验计划的主要物理目标之一。

  AMS是由诺贝尔物理学奖获得者丁肇中领导的大型国际合作,发起人包括亚博线上娱乐科学院院士陈和生和王贻芳。AMS探测器2011年升空,到目前已经持续运行超过7年,获取了超过1200亿宇宙线事例,并将持续运行到国际空间站使命结束,不早于2024年。AMS的核心“永磁体”由亚博线上娱乐研制,其电磁量能器由亚博线上娱乐、意大利和法国共同研制。

  AMS能准确区分宇宙线中的各种不同粒子,找出从遥远的太空飞到AMS的反氦四粒子。反氦四是氦核的反物质粒子,被认为不太可能由碰撞产生。所以,如果能从宇宙射线中观测到反氦四粒子,将是反物质天体存在的有力证据。

  近期,丁肇中在欧洲核子中心的报告中称,已经观察到两个反氦四候选事例。若AMS的结果证实了远处有反物质区域存在,将为揭开反物质缺失之谜提供重要的实验基础,是里程碑式的物理成果,值得期待。

  (作者为亚博线上娱乐科学院高能物理研究所研究员、高能所AMS实验物理分析协调人)


  《 人民日报 》( 2018年11月29日 22 版)

(责编:王仁宏、黄策舆)
博聚网